CN102150356B - 具有分量分离的直接功率控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制双馈感应电机到电网的功率输出的方法，包括步骤：测量三相坐标系中的电网电压和电网电流；将电网电压和电网电流转换到定子架坐标系中；将定子架坐标系中的电网电压和电网电流分解到正序系统中和负序系统中；计算正序和负序系统中的有效和无效功率；以及控制正序和负序系统中的有效和无效功率。由于将正序和负序系统中的有效和无效功率用作状态控制器中的独立状态变量来解决提供一种控制双馈感应电机的功率输出的方法的目的，该双馈感应电机提供良好的动态并且当发生失衡电网电压时能够允许故障穿越操作，而在从状态反馈得到的操纵向量被用来设置转子电压之前，状态控制器分别产生正序和负序系统中的操纵值，这些操纵值作为操纵状态向量隶属于定子架坐标系中的状态反馈，而没有其它控制回路。

Description

具有分量分离的直接功率控制

技术领域

本发明涉及一种控制双馈感应电机到电网的功率输出的方法，包括步骤：

-测量三相坐标系中的电网电压和电网电流；

-将电网电压和电网电流转换到定子架坐标系中；

-将定子架坐标系中的电网电压和电网电流分解到正序系统中和负序系统中；

-计算正序和负序系统中的有效和无效功率；以及

-控制正序和负序系统中的有效和无效功率。

此外，本发明涉及一种控制双馈感应电机(DFIG)到电网的功率输出的设备、一种使得处理器装置能够控制双馈感应电机的功率输出的计算机程序、以及一种对本发明方法的有利使用。

背景技术

双馈感应电机或双馈发电机(DFIG)在风力涡轮机中连同转换器的使用提供了变速操作、与较低转换器开销相结合的四象限有效和无效功率性能、以及与使用固定速度感应发电机或具有全尺寸转换器的全馈同步发电机的风力涡轮机相比减少的功率损失。双馈感应电机的控制通常基于通量导向的或定子电压导向的向量控制。这两种控制方法的目标都是将转子电流去耦成为有效和无效电流分量，并且利用转子电流控制器控制由双馈感应电机提供的有效和无效功率。双馈感应电机的功率输出的连续性与类似风力涡轮机和风力涡轮机厂的风能系统特别相关。为了能够最大化地使用风力来产生电功率，目标在于甚至对于失衡电网电压也要优化DFIG的控制。因此，希望将连接到电网的发动机尽可能长地保持，并且希望消除或减少失衡电网电压的影响。然而，传统控制方法未被优化来处理失衡电网电压，这是因为失衡电网电压引起了产生转子的转矩脉动的失衡定子电流。这导致了较高的机械元件(例如，风力涡轮机)的磨损。为了在失衡电网电压的条件下提供DFIG的有效和无效功率的控制，Young等人在“Active and reactive power control of DFIG for wind energyconversation under unbalanced grid voltage”，Power Electronicsand Motion Control Conference，IPEMC 2006中建议将功率控制分解为正序分量和负序分量的功率控制，从而使用功率控制器和次级电流控制器在正序系统和负序系统中产生操纵向量，将这些操纵向量加在一起以便控制DFIG的转子电流。尽管控制DFIG的功率输出的已知方法考虑了失衡电网电压，但是可以对已知方法的动态(dynamics)加以改进。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于控制双馈感应电机的功率输出的方法，该双馈感应电机提供良好的动态并且在出现失衡电网电压时能够允许故障穿越(fault-ride-through)操作。并且，本发明的一个目的在于提供一种控制双馈感应电机的功率输出的设备和计算机程序产品。最后，本发明提出了至少一种对本发明的有利应用。

根据本发明的第一方面，通过如下方式来解决上述目的：将正序和负序系统中的有效和无效功率用作状态控制器中的独立状态变量，而在从状态反馈得到的操纵向量被用来设置转子电压之前，状态控制器分别产生正序和负序系统中的操纵值，这些操纵值作为操纵状态向量隶属于定子架坐标系中的状态反馈，而没有其它控制回路。优选地，在转子架坐标系中进行对转子电压的设置。

与上述现有技术的控制方法相反，本发明的方法不使用更多的次级控制回路来产生操纵向量，并因此本发明的方法为仅使用一个状态控制器的直接功率控制方法。这大大地增强了控制方法的动态。能够放弃更多次级控制回路归因于状态反馈的使用，由状态控制器产生的操纵向量隶属于该状态反馈。失衡电网电压状态仅影响有关该控制器针对负序系统产生的操纵值。因此，进入失衡电网电压状态的快速状态控制是可能的。此外，独立于失衡电网电压状态的控制，能够经由该控制器针对正序系统产生的操纵值来并行控制具有高动态的功率输出。“故障穿越”操作是可能的。从而，本发明的控制方法提供了一种具有相当高的动态的控制，该控制额外地允许“故障穿越”操作。

根据本发明的第一实施例，状态控制器分别针对正序和负序系统产生操纵值，通过这些操纵值分别针对正序和负序系统产生定子架坐标系中的状态向量，以便简化定子架坐标系中的状态反馈。

为了减少对于状态反馈的工作量，根据本发明的下一个优选实施例，在所得到的单一状态向量隶属于状态反馈之前，将正序系统的操纵状态向量添加到负序系统的状态向量。

根据本发明的下一个优选实施例可以进一步改进本发明的控制方法，其中在状态反馈期间，将针对正序和/或负序系统和/或直流分量系统的状态反馈向量添加到状态向量。将状态反馈向量分为正序和负序系统以及直流分量系统的反馈向量，一方面，允许分别针对不同分量的状态反馈，其简化了控制算法。另一方面，特别是直流分量系统的状态反馈向量允许对在电网故障处临时发生的偏差进行反馈。此外，分别针对不同分量进行反馈更加改进了本发明的控制方法的动态。

与传统的控制双馈感应电机的功率输出的方法相比，甚至能够降低用于实现本发明的控制方法的成本，其中优选地将定子电压和转子电流与转子位置的值和转子速度的值一起用于计算正序和负序系统以及直流分量系统中的状态反馈向量。对于DFIG的变速控制，无论如何都需要相对昂贵的转子侧的直流电流测量装置来保证在同步周围的稳定性。在定子侧通常安装有相对便宜的交流电流测量装置。但是，为了在电网瞬变期间的精确控制，必须考虑定子电流的直流分量的影响。因此，能够避免使用昂贵的装置来测量定子电流的直流分量。由于使用定子电压和转子电流来计算状态反馈向量，从而给出了本发明的精确的控制方法。

根据本发明的下一个有利实施例，状态控制器接收针对正序和负序系统中的有效和无效功率的预设值和测量值之差作为输入值来产生操纵值，而可选地，通过单一控制器产生每个操纵值。首先，这使得能够以简单的方式通过对特别是在正序系统中的有效和无效功率的预设值进行简单的预设，来预先设置DFIG的有效和无效功率输出。通过对负序系统中的有效和无效功率的值进行设置可以简单地允许“故障穿越”操作。此外，如果通过单一控制器产生每个操纵值，则可以进一步改进动态。

优选地，根据本发明的下一个有利实施例，状态控制器包括至少一个PI控制器。比例积分控制器是具有高动态的非常简单的控制器。然而，也可以使用较复杂的控制器(尤其是PID控制器)来为状态向量产生操纵值。

根据本发明的下一个实施例，将正序和负序系统中的有效和无效功率的预设值限定为预设值。这允许对预设值的简单限定，以便针对由于有效和无效功率的不适当的预设值而引起的损害来保护DFIG。

由于控制器的操纵值为状态变量，优选地根据本发明的下一个实施例，利用定子电压向量和由状态控制器产生的操纵值来分别计算定子架系统的正序和负序系统中的操纵状态向量。从而，将状态向量转换到定子架坐标系统，其可以简单地隶属于相同坐标系统中的状态反馈。

根据本发明的又一优选实施例，对每个状态反馈向量的分量的限制以及正序和负序系统的状态向量的分量的限制进行优先化，以便避免使用不可能的状态向量对转子电压进行设置。这可以进一步保护DFIG以使之免受损害。根据又一实施例的优先化在于：由于最后对正序系统的状态反馈向量进行了限定，所以可以在所有情况下都允许与定子架系统一致的对有效和无效功率输出的良好的调节控制。

最后，根据本发明的又一实施例，状态控制器产生正序和负序系统中的有效和无效功率的电压值作为操纵值。这允许简单地使用正序和负序系统中的测得的定子电压值将由控制器产生的操纵值转换到定子架坐标系统的正序和负序系统。当然，状态控制器可以产生与有效和无效功率值相关的电流值。然而，这会导致较昂贵地实现本发明的方法。

根据本发明的第二方面，通过这样的设备来解决上述目的，该设备用于控制双馈感应电机到电网的功率输出，该设备实现了本发明的方法并且包括：测量电网电压和电网电流的装置；将电网电压和电网电流转换到定子架坐标系的装置；至少对电网电压和电网电流的正序和负序系统分量进行分解的装置；计算正序和负序系统中有效和无效功率的装置；状态控制器，其分别产生正序和负序系统中的操纵状态值，并且提供状态反馈，以产生用于对转子电压进行设置的操纵向量。

根据本发明的下一个方面，通过这样的计算机程序来解决上述目的，该计算机程序使得处理器装置能够根据本发明的方法控制双馈感应电机的功率输出。虽然在大部分情况下计算机程序实现了本发明的方法，但本发明的方法也可以部分地或全部地在硬件中实现。

至少根据本发明的第四方面，通过使用一种控制到具有双馈感应电机的风力涡轮机或者包括风力涡轮机的风力发电机组(windpark)的电网的功率输出的方法来解决上述问题。

关于本发明的设备、计算机程序和本发明方法的发明使用的优点，可以参考关于本发明的第一方面的叙述。

有多种可能性来发展本发明的控制双馈感应电机的功率输出的方法、控制DFIG的功率输出的本发明的设备、本发明的计算机程序、或对本发明的使用。在此，参考了权利要求1的从属权利要求并参考了结合附图的本发明的优选实施例的说明。

附图说明

在单一的图1中，以示意框图的方式示出了本发明的方法的优选实施例。

具体实施方式

首先，图1示出了实用电网1和缩写为DFIG的双馈感应电机2。为了提供本发明的方法，示出了测量电网电压3和电网电流4的装置，电网电压和电网电流都在三相系统中。其后，利用装置5、6将测量的电网电压和电网电流转换到定子架坐标系ab中。源自定子架坐标系，定义正序系统和负序系统，并且将测量的电压和电流值转换到这两个系统中。

通常，正序系统中的电压和电流向量在数学正向中分别以50Hz、60Hz循环，而在负序系统中的这些向量在相反方向中也分别以50Hz、60Hz循环。在框7、8中对测量的电网电压3和测量的电网电流4的正序和负序系统的分量进行分解。

可以通过使用适当的滤波器(图中未示出)来实现正序系统和负序系统的分离或分解。将正序和负序系统中的电网电压和电网电流的值递送到装置9来计算正序和负序系统的功率值P_pos、Q_pos、P_neg和Q_neg。在正序系统中，通过测量的电网电压和电流值将P_pos和Q_pos的值确定如下：

$P_{\mathrm{pos}}=\mathrm{Re}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}---\left(1\right)$

或可替换地

$P_{\mathrm{pos}}=\mathrm{Re}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}+\mathrm{Re}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{neg}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{neg}}^{*}\}---\left(2\right)$

其中：

u _n，pos为正序定子架坐标系中的测量的电网电压值并且

为正序定子架坐标系中的共轭复数电网电流向量。

可替换的计算也考虑了负系统在有效功率上的影响。

利用装置9例如使用下列式子计算正序系统中的无效功率：

$Q_{\mathrm{pos}}=\mathrm{Im}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}---\left(3\right)$

或可替换地

$Q_{\mathrm{pos}}=\mathrm{Im}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}+\mathrm{Im}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{neg}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{neg}}^{*}\}---\left(4\right)$

负序系统中的有效和无效功率定义为：

$P_{\mathrm{nge}}=\mathrm{Re}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·e^{-j\·2\·\mathrm{phi}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{neg}}^{*}\}+\mathrm{Re}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{neg}}\·e^{j\·2\·\mathrm{phi}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}---\left(5\right)$

$Q_{\mathrm{neg}}=\mathrm{Im}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{pos}}\·e^{-j\·2\·\mathrm{phi}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{neg}}^{*}\}+\mathrm{Im}\{{\underset{\‾}{u}}_{n,\mathrm{neg}}\·e^{j\·2\·\mathrm{phi}}\·{\underset{\‾}{i}}_{n,\mathrm{pos}}^{*}\}---\left(6\right)$

其中phi＝Arg{u _n，pos}。

在恒稳态中为Arg{u _n，pos}＝ω_n·t，其中ω_n为电网频率，并且负序功率P_neg和Q_neg的值为直流分量，这是因为利用正序电压向量的二倍角对正序和负序电压和电流向量的乘积进行了转换。

从正序和负序系统中针对有效和无效功率的预设值10、11、12、13中减去正序和负序系统中分别针对有效和无效功率的值，设置预设值10、11、12、13以便控制双馈感应电机的功率输出。

将通过从预设值中减去正序和负序系统中有效和无效功率的实际值所得到的四个值被提供到状态控制器14，在本发明的当前实施例中，通过四个独立的控制器15、16、17和18形成状态控制器14。每个控制器15、16、17和18都根据该控制器的调节特性来产生操纵值uP_pos、uQ_pos、uP_neg和uQ_neg。当前，所述值为电压值。在本发明的当前实施例中，每个控制器15、16、17和18都包括比例积分(PI)控制器。通过控制器15、16、17和18产生的操纵值分别与正序和负序系统中的有效和无效功率相关。

针对正序系统中的有效功率的控制器15的操纵值优选地包括旋转速度相关性。目前，控制器15选择地包括另一输入来从装置32得到转子的转速值。

所产生的操纵值为可以结合到针对每个分量系统的状态向量的状态值。然而，为了针对功率控制使用状态向量，有利地将通过装置19和20将所得到的状态向量转换到定子架坐标系的正序和负序系统中。

装置19和20使用定子值21，首先利用装置22将定子值21转换到定子架坐标系ab中，然后通过装置23分解到正序和负序系统以及直流分量系统中。状态值到定子架坐标系的正序和负序系统的转换使用通过装置23进行的、被分解到正序和负序系统中的、定子架坐标系中的定子电压向量uS_pos、uS_neg。可以利用下列等式来计算控制器14的正序状态向量分量：

$u_{c,\mathrm{posa}}=\frac{(u{P}_{\mathrm{pos}}\·u{S}_{\mathrm{posa}}+u{Q}_{\mathrm{pos}}\·u{S}_{\mathrm{posb}})}{\left|u{S}_{\mathrm{pos}}\right|}---\left(7\right)$

并且对于状态向量的第二分量：

$u_{c,\mathrm{posb}}=\frac{(u{P}_{\mathrm{pos}}\·u{S}_{\mathrm{posb}}-u{Q}_{\mathrm{pos}}\·u{S}_{\mathrm{posa}})}{\left|u{S}_{\mathrm{pos}}\right|}---\left(8\right)$

对于负序系统，利用下列等式得到状态向量的分量：

$u_{c,\mathrm{nega}}=\frac{(u{P}_{\mathrm{neg}}\·u{S}_{\mathrm{nega}}+u{Q}_{\mathrm{neg}}\·u{S}_{\mathrm{negb}})}{\left|u{S}_{\mathrm{neg}}\right|}---\left(9\right)$

和 $u_{c,\mathrm{negb}}=\frac{(u{P}_{\mathrm{neg}}\·u{S}_{\mathrm{negb}}-u{Q}_{\mathrm{neg}}\·u{S}_{\mathrm{nega}})}{\left|u{S}_{\mathrm{neg}}\right|}---\left(10\right)$

因而，得到定子架坐标系的正序和负序系统中的状态向量，其隶属于状态反馈24，以便利用电机侧转换器25对转子电压进行设置。

通过装置19和20产生的状态向量隶属于状态反馈24。在本发明的当前实施例中，添加两个向量使得所得到的状态向量包括两个系统，一方面为正序系统而另一方面为负序系统。在随后的状态反馈24中，分别利用装置26针对正序系统、利用装置27针对负序系统、并且利用装置28针对直流分量系统进行状态反馈。

装置26、27和28针对三个不同的状态反馈使用转子电流的正序系统、负序系统和直流分量系统测量值。通过装置38测量转子电流。不同的系统分量得自装置29，装置29使用通过装置30a和30确定的、已经转换到定子架坐标系中的定子电流值。为了将测量的转子电流值转换到定子架坐标系中，利用装置31测量转子位置角度，并将其提供到编码器32，该编码器32确定转子位置角度和转子速度。

计算不同分量系统中的状态反馈向量的装置26、27和28另外需要由位置编码器32确定的转子速度以及分解到不同系统(正序系统、负序系统和直流分量系统)中的定子电压值。对于定子电压，通过装置23使用测量的定子电压值来进行。

现在，针对正序系统将状态反馈示例性地进行如下描述。

理论上，输出到电网的功率为定子40的功率输出、线路侧转换器37的功率输出和并行滤波器39的功率输出的总和。滤波器39的功率直接依赖于电网电压并且不能利用转换器进行控制。因此，在下文中不对滤波器功率的部分进行讨论。

针对线路侧转换器37的功率输出的去耦合控制器在本领域中已众所周知。因此，也省略了对于线路侧转换器37的功率输出的讨论。

对于双馈感应电机的定子40的功率输出，在定子架坐标系中的正序系统中应用下列等式：

${\underset{\‾}{S}}_{s,\mathrm{pos}}={\underset{\‾}{u}}_{s,\mathrm{pos}}\·{\underset{\‾}{i}}_{s,\mathrm{pos}}^{*}---\left(11\right)$

其中

u _s，pos：正序系统中的定子电压向量；

正序系统中的共轭复数定子电流向量；

P_s，pos＝Re{S _s，pos}定子有效功率；以及

Q_s，pos＝Im{S _s，pos}定子无效功率。

借助于双馈感应电机的通量等式：

ψ _s，pos＝l_s·i _s，pos+l_m·i _r，pos                     (12)

ψ _r，pos＝l_m·i _s，pos+l_r·i _r，pos                     (13)

等式(11)成为：

${\underset{\‾}{S}}_{s,\mathrm{pos}}={\underset{\‾}{u}}_{s,\mathrm{pos}}\·\frac{(l_m\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_r-l_s\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_s)}{l_s\·l_r-l_m^2}---\left(14\right)$

其中

l_s＝定子通路电感

l_r＝转子通路电感

l_m＝主电感

对于双馈感应电机的又一状态等式为：

${\underset{\‾}{u}}_s=r_s\·{\underset{\‾}{i}}_s+{\underset{\‾}{\overset{\·}{\mathrm{\ψ}}}}_s---\left(15\right)$

和

${\underset{\‾}{u}}_r=r_r\·{\underset{\‾}{i}}_r-j\·{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rot}}\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_r+{\underset{\‾}{\overset{\·}{\mathrm{\ψ}}}}_r---\left(16\right)$

其中

u _s：定子架坐标系中的定子电压向量，

r_s：定子的电阻，

i _s：定子电流向量，

ψ _s：定子通量向量，

ψ _r：转子通量向量，

ω_rot：转子转速。

这产生了下列状态等式：

${\underset{\‾}{\overset{\·}{\mathrm{\ψ}}}}_s={\underset{\‾}{u}}_s-r_s\·{\underset{\‾}{i}}_s---\left(17\right)$

${\underset{\‾}{\overset{\·}{\mathrm{\ψ}}}}_r={\underset{\‾}{u}}_r-r_r\·{\underset{\‾}{i}}_r+j\·{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rot}}\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_r---\left(18\right)$

等式(14)示出了：状态等式(17)和(18)的特征值确定了定子功率瞬变的特征。

由于状态等式(17)和(18)的特征值依赖于DFIG的工作点并因此来自转子的旋转频率，所以状态反馈允许对此相关性进行补偿，并允许提供独立于转子转速的恒定特征值。

另一方面，来自旋转频率的等式(17)的定子通量的特征值的相关性较低，这主要是因为电网电压确定定子通量。另一方面，为了强制对定子侧进行阻尼，高转子电压是必要的，这导致了昂贵的系统。

等式(18)很大程度上依赖于转子的转速，这意味着转子通量的特征值适合于强制阻尼双馈感应电机2。

正序系统中的转子电压向量u _r，pos为正序状态向量u _c，pos19与正序状态反馈u _feedb，pos26之和。

u _r，pos＝u _c，pos+u _feedb，pos                (19)

其中

u _c，pos＝u_c，posa+j·u_c，posb               (20)

正序系统中的状态反馈定义为：

u _feedb，pos＝-K _pos·ψ _r，pos+r_r·i _r         (21)

r_r·i _r的反馈分量较小，在实际中可以忽略。

使用等式(18)结合等式(21)，可以按照这样的方式选择反馈向量K _pos，即，转速的相关性消失了，并且分别对等式(17)和(18)的特征值进行阻尼的为转速不变量。这可以通过选择旋转依赖的复数状态反馈向量K _pos来实现。例如，如果以下列方式选择K _pos：

Im{K _pos}＝ω^rot                             (22)

$\mathrm{Re}\left\{{\underset{\‾}{K}}_{\mathrm{pos}}\right\}=\frac{1}{T_{1,\mathrm{pos}}}---\left(23\right)$

其中，T_1，pos为阻尼常数，则其允许这样定义K _pos：

${\underset{\‾}{K}}_{\mathrm{pos}}=\frac{1}{T_{1,\mathrm{pos}}}+j\·{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rot}}---\left(24\right)$

这产生了下列等式：

${\underset{\‾}{\overset{\·}{\mathrm{\ψ}}}}_{r,\mathrm{pos}}=-\frac{1}{T_{1,\mathrm{pos}}}\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{r,\mathrm{pos}}+{\underset{\‾}{u}}_{c,\mathrm{pos}}---\left(25\right)$

通过拉普拉斯变换，得到传递函数：

$G\left(s\right)=\frac{{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{r,\mathrm{pos}}}{{\underset{\‾}{u}}_{c,\mathrm{pos}}}=\frac{T_{1,\mathrm{pos}}}{1+T_{1,\mathrm{pos}}\·\underset{\‾}{s}}---\left(26\right)$

并且其遵循：

${\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{r,\mathrm{pos}}=\frac{T_{1,\mathrm{pos}}}{1+T_{1,\mathrm{pos}}\·\underset{\‾}{s}}\·{\underset{\‾}{u}}_{c,\mathrm{pos}}---\left(27\right)$

在具有T_1，pos的阻尼时间的正序系统中，转子通量具有典型的PT1系统行为。

最后，正序系统中的转子电压向量定义为：

${\underset{\‾}{u}}_{r,\mathrm{pos}}={\underset{\‾}{u}}_{c,\mathrm{pos}}-(\frac{1}{T_{1,\mathrm{pos}}}+j\·{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rot}})\·{\underset{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_r+r_r\·{\underset{\‾}{i}}_r---\left(28\right)$

这导致了针对具有PTI行为的正序系统的状态反馈，可以通过选择适当的T_1，pos以简单的方式对其进行调整。PT1系统的阻尼行为是众所周知的，所以即使具有失衡电网电压，也可以很好地控制DFIG的状态。

优选地，针对正序和负序系统以及针对直流分量分别进行阻尼常数T_1，pos的选择，这针对不同的电网在较大的范围内有区别地允许DFIG 2的阻尼修整。通常，时间常数T₁具有较小的值(比如0.015s)，以便获得DFIG对于失衡电网电压状态的快速响应。另一方面，由控制器硬件和直流线电压对T_1，pos的值进行限定。

为了计算对转子电压进行设置的向量而唯一未知的值为转子通量正序系统中的ψ _r。然而，可以通过使用观测模型和u _s、i _r的测量值以及利用装置31测量的转子转速和角度来计算ψ _r。然而，转子通量ψ _r的计算类型对于本发明来说并不是关键的。

对于本发明的方法中使用的负序系统以及直流分量系统也一样。这导致了具有PT1行为的不同的状态反馈，其保证了对于DFIG系统功率控制的快速响应。

按照上述方法计算的状态向量分别针对每个分量被添加到由装置19和20计算的状态向量。由于独立于转速，所以首先将得到的用于对转子电压进行设置的操纵值提供到定子架坐标系ab，然后通过装置33转换到转子架坐标系，并且通过装置34转换到转子三相坐标系。所得到的值可以被提供到电机侧转换器25的PWM控制来对转子电压进行设置。

然而也可以是这样，上述控制产生的状态向量不允许也不能够利用电机侧转换器进行设置。装置35将每个状态向量19、20、26、27、28的输出值限定为预设值。这可以按照这样的方式对状态向量的限制进行优先化，即，将正序系统的状态向量限定为最后的向量。由于正序系统的状态反馈向量提供了定子架坐标系中的有效和无效功率，所以功率控制对不振荡的有效和无效功率的控制进行优先化。

可选地，本发明的控制方法提供针对正序和负序系统中的有效和无效功率的预设值的限制，以便在不同的系统中仅允许有效和无效功率可能达到的操纵值。通过装置36来完成此操作。两种措施都增加了具有双馈感应电机的风力涡轮机或者包括风力涡轮机的风力发电机组的可靠性。

从图1可以得出，本发明的控制双馈感应电机的功率输出的方法的实施例仅使用了一个控制器14，而没有使用任何次级调节回路来分别产生操纵值向量。这导致了本发明的方法的动态非常好，并且即使对于失衡电网电压，也得到关于双馈感应电机的功率输出的良好控制，以提供“故障穿越”操作。

Claims (14)

1.一种控制双馈感应电机到电网的功率输出的方法，包括步骤：

测量三相坐标系中的电网电压和电网电流；

将电网电压和电网电流转换到定子架坐标系中；

将定子架坐标系中的电网电压和电网电流分解到正序系统中和负序系统中；

计算正序和负序系统中的有效和无效功率；以及

控制正序和负序系统中的有效和无效功率，

其中，将正序和负序系统中的有效和无效功率用作状态控制器中的独立状态变量，而在从状态反馈得到的操纵向量被用来设置转子电压之前，状态控制器分别产生正序和负序系统中的操纵值，这些操纵值作为操纵状态向量隶属于定子架坐标系中的状态反馈，而没有其它控制回路。

2.根据权利要求1的方法，

其中状态控制器分别针对正序和负序系统产生操纵值，通过这些操纵值分别针对正序和负序系统产生定子架坐标系中的状态向量。

3.根据权利要求1或2的方法，

其中在得到的单一状态向量隶属于状态反馈之前，将正序系统的状态向量添加到负序系统的状态向量。

4.根据权利要求1或2的方法，

其中将针对正序和/或负序系统和/或直流分量系统的状态反馈向量添加到状态向量作为状态反馈。

5.根据权利要求1或2的方法，

其中将定子电压和转子电流与转子位置的值和转子速度的值一起用于计算正序和负序系统以及直流分量系统中的状态反馈向量。

6.根据权利要求1或2的方法，

其中状态控制器接收针对正序和负序系统中的有效和无效功率的预设值和测量值之差作为输入值来产生操纵值。

7.根据权利要求1或2的方法，

其中状态控制器包括至少一个比例积分(PI)控制器。

8.根据权利要求1或2的方法，

其中将正序和负序系统中的有效和无效功率的预设值限定为预设值。

9.根据权利要求1或2的方法，

其中利用定子电压向量和由状态控制器产生的操纵值来分别计算定子架系统的正序和负序系统中的操纵状态向量。

10.根据权利要求1或2的方法，

其中限定了操纵向量的分量的值以及添加到操纵向量的每个状态反馈向量的分量的值。

11.根据权利要求1或2的方法，

其中对每个状态反馈向量的分量的限制以及正序和负序系统的状态向量的分量的限制进行优先化。

12.根据权利要求1或2的方法，

其中状态控制器产生正序和负序系统中的有效和无效功率的电压值作为操纵值。

13.一种用于控制双馈感应电机(DFIG)到电网的功率输出的设备，该设备启用根据权利要求1至12中任一项的方法并且包括：测量电网电压和电网电流的装置；将电网电压和电网电流转换到定子架坐标系的装置；至少对电网电压和电网电流的正序和负序系统分量进行分解的装置；计算正序和负序系统中有效和无效功率的装置；状态控制器，其分别产生正序和负序系统中的操纵状态值并且提供状态反馈，以产生用于对转子电压进行设置的操纵向量。

14.一种利用根据权利要求1至12中任一项的方法控制到具有双馈感应电机的风力涡轮机或者包括多个风力涡轮机的风力发电机组的电网的功率输出的方法。