CN103532458A - 具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法。本发明的核心是基于多旋转坐标系的转子侧变流器控制，获取上位机下发的无功补偿和指定频率谐波指令后，转化为双馈发电机定子电流各频率分量给定值，经外环定子电流控制和内环转子电流控制，获得各频率转子电压给定值，叠加得到转子电压综合指令，送入脉宽调制模块产生转子侧变流器的脉冲控制信号，最终令双馈发电机输出的定子电流包含有所需的无功分量和谐波分量。本方法拓展了双馈风力发电机组的控制功能，可提高双馈风力发电机在电网谐波问题和无功不足情况下对电网的适应能力，保证风机可靠并网的同时改善电网电能质量。

Description

具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法
技术领域
本发明涉及双馈风力发电机组控制领域，尤其是一种利用双馈风力发电机实现无功补偿及指定频率谐波治理的控制方法。
背景技术
双馈风力发电机组是当前应用最广泛的风电机型，采用大功率电力电子变流器对发电机进行励磁控制，实现变速恒频运行和有功无功解耦控制。图1所示为双馈风电机组并网示意图，发电机转子经由2台两电平PWM变流器（转子侧变流器和网侧变流器）背靠背组成的双馈变流器与发电机定子并联接入电网，在并网系统公共连接点电气距离较近处存在非线性负载。
为实现双馈风力发电机组并网，转子侧变流器多采用基于定子磁链或定子电压定向的矢量控制策略，一般是电流内环-功率外环的双环PI控制，通过旋转坐标下dq解耦控制实现有功、无功分别调节。然而，若并网点由于非线性负载的原因存在较高含量谐波，上述基于理想电网条件的控制策略不能有效应对谐波带来的扰动，可能导致机组无法实现并网。通过改进双馈风力发电机谐波控制对主要谐波分量进行补偿是一种经济有效的解决方法。另一方面，加强双馈风力发电机的无功实时调节控制，充分挖掘其无功能力，可满足电网无功需求，并有利于双馈风机的稳定运行。因此，双馈风力发电机同时提供无功补偿和谐波治理作用的控制方法具有很强的实用性和经济性。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，改进现有技术，提出一种并网双馈风力发电机的控制方法，实现无功补偿和指定频率谐波治理作用的结合。在电网存在谐波问题和无功不足的情况下，该方法有利于双馈风机的可可靠运行，并改善电网电能质量。
为实现上述发明目的，本发明具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法可采用如下技术方案：
一种具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法，包括以下步骤：
（1）、获取上位机控制系统下发的无功补偿和指定频率的谐波治理指令，将无功补偿和谐波治理指令转化为双馈发电机定子电流各频率分量给定值
Figure BDA0000393652730000011
Figure BDA0000393652730000012
（2）、由检测模块实时获得定子电压和电流的基波及指定频率谐波分量，并转换到各自旋转坐标下；
（3）、经定子电流控制模块获得各频率的转子电流给定值
Figure BDA0000393652730000021
Figure BDA0000393652730000022
（4）、各频率转子电流给定值与反馈值作差经过转子电流控制模块得到转子电压指令值
Figure BDA0000393652730000023
（5）、转子电压给定值经坐标变换获得转子电压综合指令送入脉宽调制模块，产生转子侧变流器的脉冲控制信号，从而发电机输出包含有所需无功分量和谐波分量的定子电流。
本发明主要基于多旋转坐标系下的转子侧变流器控制。不同频率的三相信号量在对应频率的旋转坐标系中表现为直流量，理论上可通过PI控制实现无静差跟踪。基波旋转坐标下dq解耦控制可实时调节双馈发电机输出的有功功率和无功功率；并行增加指定频率的谐波电流控制环，控制双馈发电机定子输出与负载注入电网谐波极性相反的谐波电流，可抵消负载谐波对电网的影响。
本发明的有益效果如下：本方法拓展了双馈风力发电机组的控制功能，可同时提供无功功率补偿及谐波治理作用，并且可根据系统实际情况指定危害较大的谐波频率；提高了在电网存在一定的谐波问题和无功不足情况下双馈风力发电机对电网的适应能力，既保证双馈风力发电系统在电网存在谐波问题和无功不足时的可靠并网，同时改善电网电能质质量。
附图说明
图1是现有技术中双馈风力发电机组并网示意图；
图2是并网双馈风力发电机实现无功补偿和指定频率谐波治理的控制原理框图；
图3是使用本方法令双馈发电机输出5次谐波的电流波形；
图4是使用本方法令双馈发电机输出7次谐波的电流波形；
图5是使用本方法令双馈发电机同时输出5次和7次谐波的电流波形；
图6是使用本方法令双馈发电机提供无功补偿并输出5次和7次谐波的相关波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法，基于多旋转坐标系下的控制实现，原理框图如图2所示。通过基波旋转坐标下dq解耦控制，改变转子电流有功、无功分量可调节发电机输出的无功功率；在以谐波频率旋转的旋转坐标系下，谐波信号表现为谐波dq轴的直流量，可通过PI控制器实现分频率跟踪控制。将各频率电流控制叠加，获得转子侧变流器脉冲指令，最终使发电机定子侧输出与负载谐波分量极性相反的谐波电流，并且发出无功。于是，从电网侧看相当于通过双馈发电机输出的谐波电流抵消了非线性负载谐波电流，改善了电网电流波形，同时也提供无功功率补偿。
首先说明本控制方法的具体步骤。
（1）、获取上位机控制系统下发的无功补偿和指定频率的谐波治理指令，将无功补偿和谐波治理指令转化为双馈发电机定子电流各频率分量给定值
Figure BDA0000393652730000031
（2）、由检测模块实时获得定子电压和电流的基波及指定频率谐波分量，并转换到各自旋转坐标下；
（3）、经定子电流控制模块获得各频率的转子电流给定值
Figure BDA0000393652730000033
Figure BDA0000393652730000034
（4）、各频率转子电流给定值与反馈值作差经过转子电流控制模块得到转子电压指令值
Figure BDA0000393652730000035
（5）、转子电压给定值经坐标变换获得转子电压综合指令
Figure BDA0000393652730000036
送入脉宽调制模块，产生转子侧变流器的脉冲控制信号，从而发电机输出包含有所需无功分量和谐波分量的定子电流。
本方法需要建立基波旋转坐标系和各频率谐波旋转坐标系，基波旋转坐标系的旋转角速度为定子电压基波电角速度ωs，n次谐波旋转坐标系的旋转角速度为nωs。
根据实际系统需求，有双馈发电机提供单次谐波补偿、多频率谐波补偿以及同时提供无功补偿和谐波补偿作用等多种组合形式。假定双馈风电机组运行于次同步工况，转差率s=0.2，电网频率为50Hz，则转子角频率10Hz，基于该工况使用本发明提出的控制方法。图3、图4是使用本方法令双馈发电机分别输出5次、7次谐波的电流波形，图5是使用本方法令双馈发电机同时输出5次和7次谐波的电流波形，由定子和转子电流波形及谐波分析的结果可以看出，本发明采用的控制方法可以实现对双馈发电机定子输出的谐波电流进行有效控制。图6是使用本方法令双馈发电机同时提供无功补偿和谐波补偿的相关波形，进一步验证本控制方法可以令双馈发电机同时提供无功功率和谐波电流。

Claims (3)

1.一种具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、获取上位机控制系统下发的无功补偿和指定频率的谐波治理指令，将无功补偿和谐波治理指令转化为双馈发电机定子电流各频率分量给定值
Figure FDA0000393652720000011
Figure FDA0000393652720000012
（2）、由检测模块实时获得定子电压和电流的基波及指定频率谐波分量，并转换到各自旋转坐标下；
（3）、经定子电流控制模块获得各频率的转子电流给定值
（4）、各频率转子电流给定值与反馈值作差经过转子电流控制模块得到转子电压指令值
Figure FDA0000393652720000015
（5）、转子电压给定值经坐标变换获得转子电压综合指令送入脉宽调制模块，产生转子侧变流器的脉冲控制信号，从而发电机输出包含有所需无功分量和谐波分量的定子电流。
2.如权利要求1所述的具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法，其特征在于：实际系统运行需求，令双馈发电机提供不同频率谐波补偿、同时提供无功补偿和谐波补偿的多种组合形式。
3.如权利要求1或2所述的具有无功补偿和谐波治理作用的双馈风力发电机控制方法，其特征在于：不同频率分量的控制都基于相应频率的旋转坐标系完成，即n次谐波旋转坐标的旋转角速度为nωs，ωs为定子基波角速度。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883109A (zh) * 2015-06-29 2015-09-02 中国电力科学研究院 一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法
CN104979822A (zh) * 2014-04-10 2015-10-14 中兴电工机械股份有限公司 智能微电网电力质量管理的操作系统
CN106300353A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 华北电力大学 一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型
CN106329536A (zh) * 2016-11-09 2017-01-11 国电南瑞科技股份有限公司 一种实现风电机组调压调频的控制方法
CN109103887A (zh) * 2018-10-26 2018-12-28 贵州电网有限责任公司 一种双馈风力发电机组定子低次谐波电流抑制的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102624321A (zh) * 2012-03-20 2012-08-01 浙江大学 一种双馈感应风力发电机的电磁转矩消抖方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102624321A (zh) * 2012-03-20 2012-08-01 浙江大学 一种双馈感应风力发电机的电磁转矩消抖方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
年珩等: ""谐波电网下基于矢量比例积分电流调节器的双馈异步发电机运行控制技术"", 《中国电机工程学报》 *
徐海亮等: ""电网谐波条件下双馈感应风力发电机的建模与控制"", 《电力系统自动化》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104979822A (zh) * 2014-04-10 2015-10-14 中兴电工机械股份有限公司 智能微电网电力质量管理的操作系统
CN104883109A (zh) * 2015-06-29 2015-09-02 中国电力科学研究院 一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法
CN106300353A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 华北电力大学 一种由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型
CN106300353B (zh) * 2016-09-19 2018-12-18 华北电力大学 由转差引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型建立方法
CN106329536A (zh) * 2016-11-09 2017-01-11 国电南瑞科技股份有限公司 一种实现风电机组调压调频的控制方法
CN106329536B (zh) * 2016-11-09 2019-12-03 国电南瑞科技股份有限公司 一种实现风电机组调压调频的控制方法
CN109103887A (zh) * 2018-10-26 2018-12-28 贵州电网有限责任公司 一种双馈风力发电机组定子低次谐波电流抑制的方法

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