CN103078341B - 一种基于dfig的直流并网发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DFIG的直流并网发电系统，包括多台DFIG和直流电网，每台DFIG连接有定子变流器和转子变流器，定子变流器和转子变流器共连有一台控制器。其中定子变流器起到将DFIG输出交流电转换为直流电，同时实现DFIG的最大风能跟踪运行，转子变流器作用是为DFIG转子提供励磁，同时实现稳定的DFIG定子端电压控制。本发明直接通过定子变流器把功率从交流传输变为直流传输，并没有增加变流器的数量，只是定子变流器的容量比传统DFIG风电系统网侧变流器容量增大，同时由于无需考虑DFIG定子端部电压的波动，系统结构简单，运行性能稳定；使得DFIG和直流输电本身的控制得到了简化。

Description

一种基于DFIG的直流并网发电系统及其控制方法

技术领域

本发明属于风力并网发电技术领域，具体涉及一种基于DFIG(双馈异步风力发电机)的直流并网发电系统及其控制方法。

背景技术

随着人口的增加，经济的发展，人类对于能源的需求也越来越大，传统的能源储量正在日益枯竭，从而带来了能源短缺的问题。随着传统能源的日益枯竭，风能已经成为一种十分具有潜力的新能源，而当今社会，风电产业已成为新能源领域的一大支柱产业。

伴随着陆上风电场的广泛应用，海上风电场也在持续发展。与陆上风电场相比，海上风电以其高风速、低风切变、低涡流、高产出等优点，成为重要的可持续能源。随着海上风电场规模和风电场离岸距离的增大，交流输电受到交流电缆充电电流的影响，传输容量和传输距离受到限制，不能满足海上风电场的并网要求。直流输电以其诸多优点成为大规模海上风电场与电网联接的理想方式。

传统的双馈风机直流并网结构如图1所示，主要由多台DFIG组成，每台DFIG依次连接转子侧变流器、网侧变流器、滤波器、变压器后通过送端站接入直流母线。这种并网系统必须使用送端站把DFIG输出功率从交流传输变为直流传输，并且该送端站需要在不同的工况下维持稳定的电机定子端电压，系统结构复杂，控制难度大。此外，国内对于DFIG风电场直流并网系统的研究多是将风电场简化为单纯的功率源进行分析，并没有具体的结合DFIG的自身特性来设计其拓扑，对以DFIG为主要机型的风电场并网研究带来很大的局限性。

因此，有必要研发出一种新型的风电直流并网系统拓扑结构，结合DFIG风机控制系统的相关特性，在保证并网效果的同时简化系统的结构，降低其建造成本，提高其运行性能，达到更好的研究和实际工程应用。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于DFIG的直流并网发电系统及其控制方法，结构简单，成本低。

一种基于DFIG的直流并网发电系统，包括多台DFIG和直流电网，每台DFIG连接有定子变流器和转子变流器；所述的定子变流器和转子变流器共连有一台控制器；

所述的定子变流器用于将DFIG的三相定子电压转换为直流电后一部分给转子变流器供电，另一部分注入直流电网；

所述的转子变流器用于为DFIG转子提供励磁，并控制DFIG的三相定子电压为三相对称正弦波；

所述的控制器用于采集DFIG的三相定子电压、三相定子电流、三相转子电流以及转速，并根据这些信号构造出两组PWM信号分别对定子变流器和转子变流器进行控制。

所述的DFIG具有三相定子绕组和三相转子绕组，所述的定子变流器和转子变流器均为三相六桥臂结构；三相定子绕组的输出端分别与定子变流器的三相输入端相连，三相转子绕组的输出端分别与转子变流器的三相输入端相连，定子变流器的直流输出端与转子变流器的直流输出端对应连接后接入直流电网。

优选地，所述的定子变流器的直流输出端并联有母线电容；能够维持恒定的直流电压。

所述的转子变流器的控制方法，包括如下步骤：

(1)采集DFIG的三相定子电压、三相定子电流、三相转子电流和转速；分别对三相定子电压和三相定子电流进行Clarke变换得到三相定子电压的α轴分量U_αs和β轴分量U_βs以及三相定子电流的α轴分量I_αs和β轴分量I_βs，对三相转子电流进行dq变换得到三相转子电流的d轴分量I_dr和q轴分量I_qr；

(2)根据步骤(1)中得到的信号计算出等效励磁电流I_ms、转子d轴电压补偿量ΔU_dr和转子q轴电压补偿量ΔU_qr；

(3)根据步骤(2)中得到的信号，通过PI调节补偿计算出转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr；

(4)根据转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr通过SVPWM(空间矢量脉宽调制)技术构造得到一组PWM信号以对转子变流器进行控制。

所述的步骤(2)中，根据以下公式计算等效励磁电流I_ms、转子d轴电压补偿量ΔU_dr和转子q轴电压补偿量ΔU_qr：

ψ_αs＝∫(U_αs-R_sI_αs)dt

ψ_βs＝∫(U_βs-R_sI_βs)dt

ψ_ds＝ψ_αscosθ_e+ψ_βssinθ_e

I_ms＝ψ_ds/L_m

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{dr}}=R_r{I}_{\mathrm{dr}}-{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{qr}}$

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qr}}=R_r{I}_{\mathrm{qr}}+{\mathrm{\ω}}_s\left(\frac{L_m^2}{L_s}\right)I_{\mathrm{ms}}+{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{dr}}$

其中：R_s和R_r分别为DFIG的定子相电阻和转子相电阻，θ_e＝∫ω₁dt，ω_s＝ω₁-ω，ω₁为定子磁链旋转角速度，ω为DFIG的转速，t为时间，L_m为DFIG的定转子互感，L_s和L_r分别为DFIG的定子电感和转子电感。

所述的步骤(3)中，通过PI调节补偿计算转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr的过程如下：

a.使给定的电流值i_ms和电流值i_qr分别减去等效励磁电流I_ms和三相转子电流的q轴分量I_qr得到励磁电流误差ΔI_ms和转子q轴电流误差ΔI_qr；

b.对励磁电流误差ΔI_ms进行PI调节，得到转子d轴电流的给定值，使该给定值减去三相转子电流的d轴分量I_dr得到转子d轴电流误差ΔI_dr；

c.根据以下公式对转子d轴电流误差ΔI_dr和转子q轴电流误差ΔI_qr进行PI调节补偿，得到转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr；

$V_{\mathrm{dr}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{dr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{dr}}$

$V_{\mathrm{qr}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{qr}}$

其中：K_pr和K_ir分别为转子比例系数和转子积分系数，s为拉普拉斯算子。

所述的电流值i_ms根据公式i_ms＝U_s/L_m求得，所述的电流值i_qr根据公式i_qr＝-L_sI_qs/L_m求得；其中，L_m为DFIG的定转子互感，L_s为DFIG的定子电感，I_qs为三相定子电流的q轴分量，U_s为定子电压给定值。

所述的定子变流器的控制方法，包括如下步骤：

(1)采集DFIG的三相定子电压和三相定子电流；分别对三相定子电压和三相定子电流进行dq变换得到三相定子电压的d轴分量U_ds和q轴分量U_qs以及三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs；

(2)根据步骤(1)中得到的信号计算出定子d轴电压补偿量ΔU_ds和定子q轴电压补偿量ΔU_qs；

(3)根据步骤(2)中得到的信号，通过PI调节补偿计算出定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs；

(4)根据定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对定子变流器进行控制。

所述的步骤(2)中，根据以下公式计算定子d轴电压补偿量ΔU_ds和定子q轴电压补偿量ΔU_qs：

ΔU_ds＝U_ds+ω₁LI_qs

ΔU_qs＝-ω₁LI_ds

其中：ω₁为定子磁链旋转角速度，L为定子变流器与DFIG三相定子绕组之间的线路等效电感。

所述的步骤(3)中，通过PI调节补偿计算定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs的过程如下：

首先，使给定的电流值i_ds和电流值i_qs分别减去三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs，得到定子d轴电流误差ΔI_ds和定子q轴电流误差ΔI_qs；

然后，根据以下公式对定子d轴电流误差ΔI_ds和定子q轴电流误差ΔI_qs进行PI调节补偿，得到定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs；

$V_{\mathrm{ds}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ds}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{ds}}$

$V_{\mathrm{qs}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qs}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{qs}}$

其中：K_ps和K_is分别为定子比例系数和定子积分系数，s为拉普拉斯算子。

所述的电流值i_qs为0，所述的电流值i_ds根据公式i_ds＝K_wω³/U_ds求得；其中，ω为DFIG的转速，K_w为给定的最大风能跟踪系数。

本发明系统主要包括DFIG、转子变流器、定子变流器以及直流电网；其在DFIG转子绕组连接的变流器结构中，直接将直流母线所需的直流电连接到稳定的直流电网；其中定子变流器实现了直流输电中的风电场侧送端站功能。

本发明中转子变流器和定子变流器均采用简单的三相六桥臂结构。其中，定子变流器起到将DFIG输出交流电转换为直流电，同时实现DFIG的最大风能跟踪运行。转子变流器作用是为DFIG转子提供励磁，同时实现稳定的DFIG定子端电压控制。本发明中直流电网相当于电压稳定的无穷大直流源，可连接至直流负载，或者经过升压后通过高压直流输电将电能输送到远距离地区。

本发明DFIG的定子变流器采用定子电压定向策略，转子变流器采用间接定子磁链定向控制方法。传统的DFIG交流并网的模型中，风机定子端输出直接与电网相连，定子侧电压为稳定对称三相交流电，为DFIG的矢量控制提供了稳定的定子磁链定向或定子的电压定向基准。然而，在本发明DFIG直流并网系统中，DFIG的定子与定子变流器相连，因此为了保证其矢量控制的精确定位，需要控制转子变流器来确保定子侧输出电压为三相对称正弦，继而控制定子变流器实现DFIG机组的最大风能跟踪运行。

本发明的有益效果在于：在DFIG风电系统中，直接通过定子变流器把功率从交流传输变为直流传输，同时对于DFIG系统来说，并没有增加变流器的数量，只是定子变流器的容量比传统DFIG风电系统网侧变流器容量增大，同时由于无需考虑DFIG定子端部电压的波动，系统结构简单，运行性能稳定；使得DFIG和直流输电本身的控制得到了简化。

附图说明

图1为传统基于DFIG直流并网发电系统的结构示意图。

图2为本发明基于DFIG直流并网发电系统的结构示意图。

图3为转子变流器控制方法的原理流程示意图。

图4为定子变流器控制方法的原理流程示意图。

图5(a)为本发明系统的仿真波形图。

图5(b)为DFIG转速变化情况下本发明系统的仿真波形图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其控制方法进行详细说明。

如图2所示，一种基于DFIG的直流并网发电系统，包括多台DFIG和直流电网，每台DFIG连接有定子变流器和转子变流器；定子变流器和转子变流器共连有一台控制器，DFIG具有三相定子绕组和三相转子绕组，三相定子绕组和三相转子绕组均采用星型连接方式；其中：

定子变流器用于将DFIG的三相定子电压U_as～U_cs转换为直流电后一部分给转子变流器供电，另一部分注入直流电网；

转子变流器用于为DFIG转子提供励磁，并控制DFIG的三相定子电压U_as～U_cs为三相对称正弦波；

控制器用于采集DFIG的三相定子电压U_as～U_cs、三相定子电流I_as～I_cs、三相转子电流I_ar～I_cr以及转速ω，并根据这些信号构造出两组PWM信号分别对定子变流器和转子变流器进行控制。

本实施方式中，定子变流器和转子变流器均为三相六桥臂结构，每个桥臂由多个IGBT串联组成；任一相定子绕组的输出端与定子变流器中对应相上下桥臂的中心接点相连，任一相转子绕组的输出端与转子变流器中对应相上下桥臂的中心接点相连，定子变流器的直流输出端与转子变流器的直流输出端对应连接后接入直流电网，定子变流器的直流输出端并联有母线电容C。

控制器由电压电流传感器、编码器、驱动电路和DSP构建；其中，电压电流传感器用于采集三相定子电压U_as～U_cs、三相定子电流I_as～I_cs和三相转子电流I_ar～I_cr；编码器用于通过检测DFIG的转子位置角得到DFIG的转速ω，电压电流传感器和编码器将采集到的信号经信号调理及模数转换后传送给DSP，由DSP根据这些信号通过相应的控制算法构造出两组PWM信号经驱动电路功率放大后分别对定子变流器和转子变流器中的IGBT进行开关控制。

如图3所示，本实施方式中转子变流器的控制方法，包括如下步骤：

(1)利用电压电流传感器采集DFIG的三相定子电压U_as～U_cs、三相定子电流I_as～I_cs以及三相转子电流I_ar～I_cr，利用编码器通过检测DFIG的转子位置角θ得到DFIG的转速ω；

利用Clarke变换模块分别对三相定子电压U_as～U_cs和三相定子电流I_as～I_cs进行Clarke变换得到三相定子电压的α轴分量U_αs和β轴分量U_βs以及三相定子电流的α轴分量I_αs和β轴分量I_βs；

根据定子间接磁链定向原则，将d轴定在定子磁链方向，利用dq变换模块对三相转子电流I_ar～I_cr进行dq变换得到三相转子电流的d轴分量I_dr和q轴分量I_qr。

(2)利用磁链计算器根据以下公式计算出定子磁链的d轴分量ψ_ds，进而得到等效励磁电流I_ms；

ψ_αs＝∫(U_αs-R_sI_αs)dt

ψ_βs＝∫(U_βs-R_sI_βs)dt

ψ_ds＝ψ_αscosθ_e+ψ_βssinθ_e

I_ms＝ψ_ds/L_m

其中：R_s为DFIG的定子相电阻，θ_e＝∫ω₁dt，ω₁为定子磁链旋转角速度，其根据公式ω₁＝2πf_base求得，f_base为频率基值(本实施例取工频50Hz)，L_m为DFIG的定转子互感；本实施方式中，R_s＝0.00586pu，L_m＝3.78pu。

然后，利用电压补偿计算模块根据以下公式计算出转子d轴电压补偿量ΔU_dr和转子q轴电压补偿量ΔU_qr；

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{dr}}=R_r{I}_{\mathrm{dr}}-{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{qr}}$

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qr}}=R_r{I}_{\mathrm{qr}}+{\mathrm{\ω}}_s\left(\frac{L_m^2}{L_s}\right)I_{\mathrm{ms}}+{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{dr}}$

其中：ω_s＝ω₁-ω，R_r为DFIG的转子相电阻，L_s和L_r分别为DFIG的定子电感和转子电感；本实施方式中，R_r＝0.00422pu，L_s＝3.91pu，L_r＝3.907pu。

(3)通过PI调节补偿计算出转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr：

首先，利用减法器使给定的电流值i_ms和电流值i_qr分别减去等效励磁电流I_ms和三相转子电流的q轴分量I_qr得到励磁电流误差ΔI_ms和转子q轴电流误差ΔI_qr；

本实施方式中，电流值i_ms根据公式i_ms＝U_s/L_m求得，电流值i_qr根据公式i_qr＝-L_sI_qs/L_m求得；其中，I_qs为三相定子电流的q轴分量，U_s为定子电压给定值，本实施方式中U_s＝1pu。

然后，利用PI调节器根据以下公式对励磁电流误差ΔI_ms进行PI调节，得到转子d轴电流的给定值i_dr，

$i_{\mathrm{dr}}=(K_p+\frac{K_i}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{ms}}$

其中：K_p和K_i分别为励磁比例系数和励磁积分系数，本实施方式中，K_p＝4，K_i＝50。

利用减法器使给定值i_dr减去三相转子电流的d轴分量I_dr得到转子d轴电流误差ΔI_dr；

最后，利用PI调节器根据以下公式对转子d轴电流误差ΔI_dr和转子q轴电流误差ΔI_qr进行PI调节补偿，得到转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr；

$V_{\mathrm{dr}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{dr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{dr}}$

$V_{\mathrm{qr}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{qr}}$

其中：K_pr和K_ir分别为转子比例系数和转子积分系数，本实施方式中，K_pr＝5，K_ir＝50。

(4)利用dq反变换模块将转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr转换为三相转子电压调制信号V_ar～V_cr；根据三相转子电压调制信号V_ar～V_cr通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对转子变流器中的IGBT进行开关控制。

如图4所示，本实施方式中定子变流器的控制方法，包括如下步骤：

(1)利用电压电流传感器采集DFIG的三相定子电压U_as～U_cs和三相定子电流I_as～I_cs；

根据定子电压矢量定向原则，将d轴定在定子电压矢量方向，利用dq变换模块分别对三相定子电压U_as～U_cs和三相定子电流I_as～I_cs进行dq变换得到三相定子电压的d轴分量U_ds和q轴分量U_qs以及三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs；

(2)利用电压补偿计算模块根据以下公式计算出定子d轴电压补偿量ΔU_ds和定子q轴电压补偿量ΔU_qs；

ΔU_ds＝U_ds+ω₁LI_qs

ΔU_qs＝-ω₁LI_ds

其中：ω₁为定子磁链旋转角速度，其根据公式ω₁＝2πf_base求得，f_base为频率基值(本实施例取工频50Hz)，L为定子变流器与DFIG三相定子绕组之间的线路等效电感，本实施方式中L＝0.7pu。

(3)通过PI调节补偿计算出定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs：

首先，利用减法器使给定的电流值i_ds和电流值i_qs分别减去三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs，得到定子d轴电流误差ΔI_ds和定子q轴电流误差ΔI_qs；

本实施方式中，电流值i_qs为0，电流值i_ds根据公式i_ds＝K_wω³/U_ds求得；其中，ω为DFIG的转速，K_w为给定的最大风能跟踪系数，本实施方式中K_w＝0.5。

然后，利用PI调节器根据以下公式对定子d轴电流误差ΔI_ds和定子q轴电流误差ΔI_qs进行PI调节补偿，得到定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs；

$V_{\mathrm{ds}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{ds}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{ds}}$

$V_{\mathrm{qs}}={\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{qs}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{s}){\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{qs}}$

其中：K_ps和K_is分别为定子比例系数和定子积分系数，本实施方式中，K_ps＝4，K_ir＝50。

(4)利用dq反变换模块将定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs转换为三相定子电压调制信号V_as～V_cs；根据三相定子电压调制信号V_as～V_cs通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对定子变流器中的IGBT进行开关控制。

以下我们对本实施方式进行仿真分析，DFIG参数如表1所示：

表1

电机参数	参数值
		额定功率Pn	3MW
额定电压Un	619V
		额定频率fn	10.67Hz
力矩转速ωn	0.9pu
		定子相电阻Rs	0.00586pu
定子电感Ls	3.91pu
		转子电感Lr	3.907pu
电机互感Lm	3.78pu
		极对数p	3

图5为采用本实施方式对DFIG并网系统进行控制的仿真波形图，包括三相定子电压U_as～U_cs、三相定子电流I_as～I_cs、三相转子电流I_ar～I_cr的波形以及定子输出有功、无功的波形。

图5(a)中，我们目标输出的有功功率给定值为2.1MW(0.7pu)。从仿真结果可以看出，端电压和相电流波形良好。实际的输出有功功率值P也在2.1MW左右波动，波动范围为±5％。此时定子的有功电流分量I_sd与无功电流分量I_sq都保持平稳状态；仿真中，直流母线电压设置为1150V。

图5(b)中，我们模拟了风机转速变化时的情况。t＝0～0.2s时，DFIG的转速为0.8pu。t＝0.2～0.4s时，DFIG的转速线性上升至1.2pu，t＝0.4～0.6s时，DFIG的转速稳定运行在1.2pu。至此，DFIG的转速从亚同步变化至超同步。无功功率输出给定设置为0，定子变流器运行在单位功率因数下。从仿真结果可以看出，端电压和相电流波形良好；实际的输出有功功率值P以DFIG转速的三次方规律变化，并且超调量小。由于转子侧电流频率与转差的绝对值有关，因此风机转速变化时(t＝0.2～0.4s)转子电流频率也不断变化。定、转子电流的幅值随着功率增加而增大，定子电压幅值稳定，控制性能良好。

Claims (4)

1.一种基于DFIG的直流并网发电系统中转子变流器的控制方法，所述的直流并网发电系统包括多台DFIG和直流电网；其特征在于：每台DFIG连接有定子变流器和转子变流器，所述的定子变流器和转子变流器共连有一台控制器；所述的定子变流器用于将DFIG的三相定子电压转换为直流电后一部分给转子变流器供电，另一部分注入直流电网；所述的转子变流器用于为DFIG转子提供励磁，并控制DFIG的三相定子电压为三相对称正弦波；所述的控制器用于采集DFIG的三相定子电压、三相定子电流、三相转子电流以及转速，并根据这些信号构造出两组PWM信号分别对定子变流器和转子变流器进行控制；所述的DFIG具有三相定子绕组和三相转子绕组，所述的定子变流器和转子变流器均为三相六桥臂结构；三相定子绕组的输出端分别与定子变流器的三相输入端相连，三相转子绕组的输出端分别与转子变流器的三相输入端相连，定子变流器的直流输出端与转子变流器的直流输出端对应连接后接入直流电网；所述的控制方法包括如下步骤：

(1)采集DFIG的三相定子电压、三相定子电流、三相转子电流和转速；分别对三相定子电压和三相定子电流进行Clarke变换得到三相定子电压的α轴分量U_αs和β轴分量U_βs以及三相定子电流的α轴分量I_αs和β轴分量I_βs，对三相转子电流进行dq变换得到三相转子电流的d轴分量I_dr和q轴分量I_qr；

(2)根据步骤(1)中得到的信号通过以下算式计算出等效励磁电流I_ms、转子d轴电压补偿量ΔU_dr和转子q轴电压补偿量ΔU_qr；

ψ_αs＝∫(U_αs-R_sI_αs)dt

ψ_βs＝∫(U_βs-R_sI_βs)dt

ψ_ds＝ψ_αscosθ_e+ψ_βssinθ_e

I_ms＝ψ_ds/L_m

$\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{dr}}=R_r{I}_{\mathrm{dr}}-{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{qr}}$

$\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{qr}}=R_r{I}_{\mathrm{qr}}+{\mathrm{\ω}}_s\left(\frac{L_m^2}{L_s}\right)I_{\mathrm{ms}}+{\mathrm{\ω}}_s(L_r-\frac{L_m^2}{L_s})I_{\mathrm{dr}}$

其中：R_s和R_r分别为DFIG的定子相电阻和转子相电阻，θ_e＝∫ω₁dt，ω_s＝ω₁-ω，ω₁为定子磁链旋转角速度，ω为DFIG的转速，t为时间，L_m为DFIG的定转子互感，L_s和L_r分别为DFIG的定子电感和转子电感；

(3)根据步骤(2)中得到的信号，通过PI调节补偿计算出转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr；具体过程如下：

首先，使给定的电流值i_ms和电流值i_qr分别减去等效励磁电流I_ms和三相转子电流的q轴分量I_qr得到励磁电流误差ΔI_ms和转子q轴电流误差ΔI_qr；

然后，对励磁电流误差ΔI_ms进行PI调节，得到转子d轴电流的给定值，使该给定值减去三相转子电流的d轴分量I_dr得到转子d轴电流误差ΔI_dr；

最后，根据以下公式对转子d轴电流误差ΔI_dr和转子q轴电流误差ΔI_qr进行PI调节补偿，得到转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr；

$V_{\mathrm{dr}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{dr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{S})\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{dr}}$

$V_{\mathrm{qr}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{qr}}+(K_{\mathrm{pr}}+\frac{K_{\mathrm{ir}}}{S})\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{qr}}$

其中：K_pr和K_ir分别为转子比例系数和转子积分系数，s为拉普拉斯算子；

(4)根据转子d轴电压调制信号V_dr和转子q轴电压调制信号V_qr通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对转子变流器进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的电流值i_ms根据公式i_ms＝U_s/L_m求得，所述的电流值i_qr根据公式i_qr＝-L_sI_qs/Lm求得；其中，L_m为DFIG的定转子互感，L_s为DFIG的定子电感，I_qs为三相定子电流的q轴分量，U_s为定子电压给定值。

3.一种基于DFIG的直流并网发电系统中定子变流器的控制方法，所述的直流并网发电系统包括多台DFIG和直流电网；其特征在于：每台DFIG连接有定子变流器和转子变流器，所述的定子变流器和转子变流器共连有一台控制器；所述的定子变流器用于将DFIG的三相定子电压转换为直流电后一部分给转子变流器供电，另一部分注入直流电网；所述的转子变流器用于为DFIG转子提供励磁，并控制DFIG的三相定子电压为三相对称正弦波；所述的控制器用于采集DFIG的三相定子电压、三相定子电流、三相转子电流以及转速，并根据这些信号构造出两组PWM信号分别对定子变流器和转子变流器进行控制；所述的DFIG具有三相定子绕组和三相转子绕组，所述的定子变流器和转子变流器均为三相六桥臂结构；三相定子绕组的输出端分别与定子变流器的三相输入端相连，三相转子绕组的输出端分别与转子变流器的三相输入端相连，定子变流器的直流输出端与转子变流器的直流输出端对应连接后接入直流电网；所述的控制方法包括如下步骤：

(1)采集DFIG的三相定子电压和三相定子电流；分别对三相定子电压和三相定子电流进行dq变换得到三相定子电压的d轴分量U_ds和q轴分量U_qs以及三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs；

(2)根据步骤(1)中得到的信号通过以下算式计算出定子d轴电压补偿量ΔU_ds和定子q轴电压补偿量ΔU_qs；

ΔU_ds＝U_ds+ω₁LI_qs

ΔU_qs＝-ω₁LI_ds

其中：ω₁为定子磁链旋转角速度，L为定子变流器与DFIG三相定子绕组之间的线路等效电感；

(3)根据步骤(2)中得到的信号，通过PI调节补偿计算出定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs；具体过程如下：

首先，使给定的电流值i_ds和电流值i_qs分别减去三相定子电流的d轴分量I_ds和q轴分量I_qs，得到定子d轴电流误差ΔI_ds和定子q轴电流误差ΔI_qs；

然后，根据以下公式对定子d轴电流误差ΔIds和定子q轴电流误差ΔI_qs进行PI调节补偿，得到定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs；

$V_{\mathrm{ds}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{ds}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{S})\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{ds}}$

$V_{\mathrm{qs}}=\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{qs}}+(K_{\mathrm{ps}}+\frac{K_{\mathrm{is}}}{S})\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{qs}}$

其中：K_ps和K_is分别为定子比例系数和定子积分系数，s为拉普拉斯算子；

(4)根据定子d轴电压调制信号V_ds和定子q轴电压调制信号V_qs通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对定子变流器进行控制。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述的电流值i_qs为0，所述的电流值i_ds根据公式i_ds＝K_wω³/U_ds求得；其中，ω为DFIG的转速，K_w为给定的最大风能跟踪系数。