CN103762919A - 用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统运行和控制技术领域中的一种用于直驱永磁同步风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法。其中，装置包括发电机转速测量模块、直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网测电压测量模块、网测电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网测功率测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和功率协调控制模块；同时还提出了功率控制的方法，可以协调控制机组暂稳态期间的有功功率和无功功率，使直驱风机在最大功率追踪区和功率限制区均能有效地实现低电压穿越，并能使机组在低压暂态期间向电网提供动态的无功支持。本发明能够充分合理的使用直驱风机自身的控制手段而且无需附加额外的卸荷硬件，易于实施，效果显著。

Description

用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法。

背景技术

风力发电作为一种主流的新能源发电方式，在中国获得了极大发展。但是，随着风电并网规模的不断增大，由电网故障引起电压跌落造成的风机脱网事故频繁发生。风力发电机组的低电压穿越能力成为了保证电力系统安全稳定运行的关键因素。

目前，主流的风力发电机类型包括直驱永磁同步风力发电机（wind turbine with direct-driven Permanent Magnet SynchronousGenerator,PMSG）和双馈感应异步风力发电机（wind turbine withDoubly Fed Induction Generator，DFIG）。PMSG相较DFIG省去了齿轮箱，其风轮和发电机转子同轴连接，提高了系统效率，减弱了运行噪声，增强了系统运行的可靠性。因此，PMSG在风力发电领域的应用越来越广泛。PMSG风机的低电压穿越能力也成为了学者和工程人员们研究的重点，受到了越来越多的关注。

直驱永磁同步风力发电机组的典型拓扑结构主要由风轮机、永磁同步发电机和全功率背靠背PWM变流器组成。风轮机与永磁同步发电机通过低速传动轴直接相连，发电机经过全功率背靠背PWM变流器接入电网。其中，机侧变流器是AC/DC整流器，网侧变流器是DC/AC逆变器，两组变流器直流侧共用一个直流电容。PMSG风机出现低电压穿越问题的根本原因是机组在电网低电压期间吸收的风能和输出的电能不再平衡，机组要承受不平衡的能量。采用传统控制方式的PMSG风机，使用直流环节的电磁暂态过程承担不平衡的能量，会导致直流母线电压的升高越限和网侧变流器有功电流的饱和，从而造成机组低电压穿越的失败和风机对电网无功支持能力的缺失。

解决PMSG风机低电压穿越的方法主要有外加卸荷硬件和改进变流器控制两种。外加卸荷硬件的方法可以在不改动PMSG风机原有主体控制策略的情况下使风机获得可靠的低电压穿越能力。但是外加卸荷硬件将增加风机的投资成本和维护难度。当风机容量较大或者电网电压跌落严重时，解决卸荷元件的散热也是一个困难。改进变流器控制的方法通过改进双侧变流器的控制策略来保证直流环节在电网低电压期间的功率平衡。这种方法无需附加额外的卸荷硬件，但是现有改进策略对PMSG风机自身控制手段的使用仍不够充分，很少实现与桨距角控制的配合，无法最大程度的减轻低电压事件对直驱风电机组的影响。

发明内容

针对背景技术中提到的在现有的实现PMSG风机低电压穿越的方法中存在的问题，本发明提出了一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置及方法。

一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置，其特征在于，所述装置包括发电机转速测量模块、直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和功率协调控制模块；

其中，所述直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块、风速测量模块和浆距角测量模块分别与所述功率协调控制模块连接；

所述发电机转速测量模块分别与最大功率追踪控制模块和功率协调控制模块连接；

所述功率协调控制模块用于接收所述直流电压测量模块采集到的直流母线电压、机端电压测量模块采集到的发电机机端电压、机端电流测量模块采集到的发电机机端电流、网侧电压测量模块采集到的网侧节点电压、网侧电流测量模块采集到的网侧变流器输出电流、最大功率追踪控制模块输出的网侧有功功率的参考值、网侧功率测量模块采集到的网侧有功功率和网侧无功功率、风速测量模块采集到的风速值和浆距角测量模块采集到的桨距角数值。

所述功率协调控制模块包括机侧变流器控制模块、网侧变流器控制模块和桨距角控制模块；所述机侧变流器控制模块分别与直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块和机侧变流器连接；所述网侧变流器控制模块分别与所述网侧电压测量模块、网侧电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网侧功率测量模块和网侧变流器连接；所述桨距角控制模块分别与所述发电机转速测量模块、网侧电压测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和变浆系统连接。

所述网侧变流器控制模块包括低电压判断模块。

所述桨距角控制模块包括风速判断模块。

一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制方法，其特征在于，所述方法包括基于机侧变流器控制模块的控制方法、基于网侧变流器控制模块的控制方法和基于桨距角控制模块的控制方法；

其中，机侧变流器控制模块采用双闭环结构，使用机侧变流器交流端电压定向，其控制方法的具体步骤包括：

步骤1：机侧变流器控制模块外环用采集到的直流母线电压的幅值U_dc ^*减去直流母线电压的参考值U_dcref ^*；直流电压差值经过外环PI控制器给出机端有功电流的初始参考值I_sdref ^*；同时用采集到的发电机机端电压的幅值U_s ^*减去发电机机端电压的参考值U_sref ^*；机端电压差值经过外环PI控制器给出机端无功电流的初始参考值I_sqref ^*；

步骤2：I_sdref ^*和I_sqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出机端有功电流的参考值I_sdrefl ^*和机端无功电流的参考值I_sqrefl ^*；

步骤3：机侧变流器控制模块内环用机端有功电流的参考值I_sdrefl ^*减去采集到的机端有功电流I_sd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd；同时用机端无功电流的参考值I_sqrefl ^*减去采集到的机端无功电流I_sq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的q轴分量C_msq；

步骤4：将机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd和q轴分量C_msq送入机侧变流器，以实现对机侧变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块采用双闭环结构，使用网侧变流器交流端电压定向；其控制方法包括两种模式，机组正常运行时的稳态控制模式和电网低电压期间的低压暂态控制模式；通过低电压判断模块辨识网侧变流器交流端电压幅值U_it ^*的大小实现网侧变流器控制模块的控制模式切换；

其中，网侧变流器控制模块处于稳态控制模式时的具体控制过程为：

步骤1）：网侧变流器控制模块外环用网侧变流器输出的有功功率P_t ^*减去输出有功的参考值P_tref ^*；有功功率差值经过外环PI控制器给出网侧有功电流的初始参考值I_gdref ^*；同时用网侧变流器输出的无功功率Q_t ^*减去输出无功的参考值Q_tref ^*；无功功率差值经过外环PI控制器给出网侧无功电流的初始参考值I_gqref ^*；

步骤2）：I_gdref ^*和I_gqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出网侧有功电流的参考值I_{gdrefl_P} ^*和网侧无功电流的参考值I_{gqrefl_P} ^*；I_{gdrefl_P} ^*经过惯性环节输入到有功内环的控制器中；

步骤3）：网侧变流器控制模块内环用经过惯性环节的有功电流参考值减去测量到的网侧有功电流I_gd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的d轴分量C_mgd；同时用I_{gqrefl_P} ^*减去测量到的网侧无功电流I_gq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的q轴分量C_mgq；

步骤4）：将C_mgd和C_mgq送入网侧变流器，以实现对网侧变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块处于低压暂态控制模式时的具体控制过程为：

网侧变流器控制模块低压暂态控制模式的结构以及控制策略的实施步骤均与稳态控制模式类似，所不同的是，无功外环的被控量为U_it ^*；限流控制环节采用无功优先策略；

所述桨距角控制模块由PI控制环节和伺服控制环节串联组成，包括两种模式：最大功率追踪区控制模式和功率限制区控制模式；通过风速判断模块辨识风速的大小实现桨距角控制模块的控制模式切换；

所述桨距角控制模块的最大功率追踪区控制模式的具体控制过程为：

步骤（1）：桨距角控制模块用网侧电压下限值U_itlow ^*减去U_it ^*；电压差值经过PI控制器给出桨距角的参考值β_ref；

步骤（2）：用桨距角的参考值β_ref减去桨距角的实际值β；差值经过伺服控制环节得出桨距角的输出控制信号；

步骤（3）：将桨距角的输出控制信号送入到变桨系统中，以实现对桨距角大小的调节；

所述桨距角控制模块的功率限制区控制模式的具体控制过程为：桨距角控制模块功率限制区控制模式的结构以及控制策略的实施步骤均与最大功率追踪区控制模式类似，所不同的是，PI控制根据发电机转速ω_m ^*和额定转速ω_mref ^*的差值给出β_ref。

所述步骤2中，I_sdref ^*和I_sqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出I_sdrefl ^*和I_sqrefl ^*的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的I_sdref ^*求出I_sdrefl ^*；其中，I_max ^*表示变流器的电流上限；然后再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的I_sqref ^*和已求出的I_sdrefl ^*计算出I_sqrefl ^*。

所述通过低电压判断模块辨识网侧变流器交流端电压幅值U_it ^*的大小实现网侧变流器控制模块的控制模式切换的过程为：

当U_it ^*大于或等于0.9p.u.时，低电压判断模块输出稳态控制信号，网侧变流器控制模块进入稳态控制模式；当U_it ^*小于0.9p.u.时，低电压判断模块输出暂态控制信号，网侧变流器控制模块进入低压暂态控制模式。

所述步骤2）中，I_gdref ^*和I_gqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出I_{gdrefl_P} ^*和I_{gqrefl_P} ^*的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<{-I}_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的I_gdref ^*求出I_{gdrefl_P} ^*；然后再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^2\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的I_gqref ^*和已求出的I_{gdrefl_P} ^*计算出I_{gqrefl_P} ^*。

所述网侧变流器控制模块低压暂态控制模式中，无功优先限流控制的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的无功电流初始参考值I_gqref ^*求出I_{gqrefl_Q} ^*；然后，再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的有功电流初始参考值I_gdref ^*和已求出的I_{gqrefl_Q} ^*计算出I_{gdrefl_Q} ^*。

所述通过风速判断模块辨识风速的大小实现桨距角控制模块的控制模式切换的过程为：

当风速值小于额定风速v_rated时，风速判断模块输出最大功率追踪控制信号，桨距角控制模块进入最大功率追踪区控制模式；当风速值大于或等于v_rated时，风速判断模块输出功率限制控制信号，桨距角控制模块进入功率限制区控制模式。

本发明的效果在于，综合使用PMSG风机双侧变流器的双闭环控制、变流器限流控制和桨距角控制手段，协调控制PMSG风机的有功功率和无功功率。本发明使用机组旋转部分的机电暂态过程承担风机在低压暂态期间受到的不平衡能量，能够有效保证直流环节的功率平衡，维持直流电压的稳定，而且无需附加额外的卸荷硬件，具有良好的经济性。本发明改进了PMSG风机的固有桨距角控制，在低压暂态期间通过调节桨距角的大小减少风机对风能的捕获，可以降低机组旋转部分承担的不平衡能量，减弱发电机转速的波动，从而可以缓解机组低电压穿越的压力。发明中提出的双侧变流器协调限流控制，在保证变流器安全运行的情况下，可以充分合理的使用变流器的容量来满足机组有功无功的控制需求，有助于机组控制目标的有效实现。本发明提出的控制方法相较已有的低电压穿越策略，能够更加充分完整的应用PMSG风机自身的控制手段去提高机组的低电压穿越能力，可以使PMSG风机在最大功率追踪区和功率限制区均能有效地实现低电压穿越，还能使机组在低压暂态期间向电网提供动态的无功支持。

附图说明

图1功率协调控制方法整体控制结构图；

图2功率协调控制模块结构图；

图3机侧变流器控制模块的控制策略；

图4网侧变流器控制模块结构图；

图5网侧变流器控制模块稳态控制模式的控制策略；

图6网侧变流器控制模块低压暂态控制模式的控制策略；

图7桨距角控制模块结构图；

图8桨距角控制模块最大功率追踪区控制模式的控制策略；

图9桨距角控制模块功率限制区控制模式的控制策略；

图10PMSG单机接入电网的仿真实例结构图；

图11仿真实例在最大功率追踪区的低电压穿越特性仿真结果；

图12仿真实例在功率限制区的低电压穿越特性仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明的整体控制思路如图1所示。功率协调控制模块采集直流母线电压、发电机机端电压、发电机机端电流、网侧节点电压、网侧变流器输出电流、发电机转速、网侧有功功率、网侧无功功率、桨距角和风速值，并从最大功率追踪控制模块接收机组输出有功功率的参考值。最大功率追踪控制模块根据发电机转速比对最大功率追踪曲线给出机组网侧输出有功功率的参考值。功率协调控制模块根据采集到的信号值，由其内部控制器给出对机侧变流器、网侧变流器以及变桨系统的控制信号。双侧变流器受控保持直流环节的功率平衡，网侧变流器受控在电网低电压期间向电网提供更多的无功功率，变桨系统则受控增大桨距角来减小机组在低压暂态期间捕获的风能，从而有效提高PMSG风机的低电压穿越能力。功率协调控制模块包括机侧变流器控制模块、网侧变流器控制模块和桨距角控制模块三部分，各个模块对应的采集信号和控制对象如图2所示。

机侧变流器控制模块的具体控制策略如图3所示。变流器使用SPWM方式进行调制控制。控制器采用双闭环结构，使用机侧变流器交流端电压定向，以实现有功无功的解耦控制。机侧变流器控制策略的实施步骤如下，*表示变量为标幺值：

步骤1：机侧变流器控制模块外环用采集到的直流母线电压的幅值U_dc ^*减去直流母线电压的参考值U_dcref ^*；直流电压差值经过外环PI控制器给出机端有功电流的初始参考值I_sdref ^*；同时用采集到的发电机机端电压的幅值U_s ^*减去发电机机端电压的参考值U_sref ^*；机端电压差值经过外环PI控制器给出机端无功电流的初始参考值I_sqref ^*；

步骤2：I_sdref ^*和I_sqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出机端有功电流的参考值I_sdrefl ^*和机端无功电流的参考值I_sqrefl ^*；

步骤3：机侧变流器控制模块内环用I_sdrefl ^*减去采集到的机端有功电流I_sd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd；同时用I_sqrefl ^*减去采集到的机端无功电流I_sq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的q轴分量C_msq；

步骤4：将机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd和q轴分量C_msq送入机侧变流器，以实现对机侧变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块的结构如图4所示。网侧变流器的控制有两种模式，一种是机组正常运行时的稳态控制，另一种是在电网低电压期间的低压暂态控制。控制模式的切换通过低电压判断模块辨识网侧变流器交流端电压幅值U_it ^*的大小实现。当U_it ^*大于或等于0.9p.u.时，低电压判断模块输出稳态控制信号，控制器进入稳态控制模式；当U_it ^*小于0.9p.u.时，低电压判断模块输出暂态控制信号，控制器进入低压暂态控制模式。

网侧变流器控制模块稳态控制模式的具体控制策略如图5所示。变流器使用SPWM方式进行调制控制。控制器采用双闭环结构，使用网侧变流器交流端电压定向。控制策略的实施步骤如下：

步骤1）：网侧变流器控制模块外环用网侧变流器输出的有功功率P_t ^*减去输出有功的参考值P_tref ^*；有功功率差值经过外环PI控制器给出网侧有功电流的初始参考值I_gdref ^*；同时用网侧变流器输出的无功功率Q_t ^*减去输出无功的参考值Q_tref ^*；无功功率差值经过外环PI控制器给出网侧无功电流的初始参考值I_gqref ^*；

步骤2）：I_gdref ^*和I_gqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出网侧有功电流的参考值I_{gdrdfl_P} ^*和网侧无功电流的参考值I_{gqrefl_P} ^*；I_{gdrefl_P} ^*经过惯性环节输入到有功内环的控制器中；

步骤3）：网侧变流器控制模块内环用经过惯性环节的有功电流参考值减去测量到的网侧有功电流I_gd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的d轴分量C_mgd；同时用I_{gqrefl_P} ^*减去测量到的网侧无功电流I_gq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的q轴分量C_mgq；

步骤4）：将C_mgd和C_mgq送入网侧变流器，以实现对网侧变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块低压暂态控制模式的具体控制策略如图6所示。控制器的结构以及控制策略的实施步骤均与稳态控制模式类似。控制器仍使用网侧变流器交流端电压定向。然而与稳态控制模式不同的是，无功外环的被控量改为U_it ^*。限流控制环节改为采用无功优先策略。

桨距角控制模块的结构如图7所示。桨距角的控制有两种模式，一种是最大功率追踪区控制模式，另一种是功率限制区控制模式。控制模式的切换通过风速判断模块辨识风速的大小实现。当风速值小于额定风速v_rated时，风速判断模块输出最大功率追踪控制信号，控制器进入最大功率追踪区控制模式；当风速值大于或等于v_rated时，风速判断模块输出功率限制控制信号，控制器进入功率限制区控制模式。

桨距角控制模块最大功率追踪区控制模式的具体控制策略如图8所示。控制器由PI控制和伺服控制串联组成。控制策略的实施步骤如下：

步骤（1）：桨距角控制模块用网侧电压下限值U_itlow ^*减去U_it ^*；电压差值经过PI控制器给出桨距角的参考值β_ref；

步骤（2）：用桨距角的参考值β_ref减去桨距角的实际值β；差值经过伺服控制环节得出桨距角的输出控制信号；

步骤（3）：将桨距角的输出控制信号送入到变桨系统中，以实现对桨距角大小的调节；

桨距角控制模块功率限制区控制模式的具体控制策略如图9所示。控制器的结构以及控制策略的实施步骤均与最大功率追踪区控制模式类似。不同的是，PI控制根据发电机转速ω_m ^*和额定转速ω_mref ^*的差值给出β_ref。

补充说明：

在三相对称的情况下，流入机侧变流器的功率表达式如式(1)所示。网侧变流器输出功率的数学表达式则如式(2)所示。机侧控制基于机侧变流器交流端电压定向时，U_rtd ^*=U_rt ^*，U_rtq ^*=0，U_rt ^*表示机侧变流器交流端电压的幅值。由式(1)可知，流入机侧变流器的I_sd ^*对应发电机输出的有功功率P_s ^*，I_sq ^*对应发电机输出的无功功率Q_s ^*。网侧控制基于网侧变流器交流端电压定向时，U_itd ^*=U_it ^*，U_itq ^*=0。由式(2)可知，流入网侧变流器的I_gd ^*对应P_t ^*，I_gq ^*对应Q_t ^*。因此，通过电压定向可以实现对有功无功的解耦控制。

$\left\{\begin{array}{c}{P}_s^{*}=U_{\mathrm{rtd}}^{*}{I}_{\mathrm{sd}}^{*}+U_{\mathrm{rtq}}^{*}{I}_{\mathrm{sq}}^{*}\\ Q_s^{*}=U_{\mathrm{rtq}}^{*}{I}_{\mathrm{sd}}^{*}-U_{\mathrm{rtd}}^{*}{I}_{\mathrm{sq}}^{*}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{P}_t^{*}=-U_{\mathrm{itd}}^{*}{I}_{\mathrm{gd}}^{*}-U_{\mathrm{itq}}^{*}{I}_{\mathrm{gq}}^{*}\\ Q_t^{*}={-U}_{\mathrm{itq}}^{*}{I}_{\mathrm{gd}}^{*}+U_{\mathrm{itd}}^{*}{I}_{\mathrm{gq}}^{*}\end{array}\right.---\left(2\right)$

机侧和网侧变流器的调制系数C_ms、C_mg与电压变量的关系如式(3)所示。

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{rt}}=\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}{C}_{\mathrm{ms}}{U}_{\mathrm{dc}}\\ U_{\mathrm{it}}=\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}{C}_{\mathrm{mg}}{U}_{\mathrm{dc}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

机侧变流器控制模块的控制策略使得P_s ^*实时跟踪P_t ^*，从而保持直流环节的功率平衡，避免直流母线电压的升高越限。机侧有功优先的限流控制环节，在保证变流器电流不越限的情况下，使得变流器容量首先满足有功电流，然后根据I_sdrefl ^*计算无功电流的容限值，进而求得I_sqrefl ^*。机侧限流控制的具体实施过程是：首先，根据式(4)，利用有功外环PI控制器输出的I_sdref ^*求出I_sdrefl ^*，I_max ^*表示变流器的电流上限。然后再根据式(5)，利用无功外环PI控制器输出的I_sqref ^*和已求出的I_sdrefl ^*计算出I_sqrefl ^*。机侧有功优先的限流控制能够为直流母线恒压控制提供足够的有功容量，有利于维持直流母线电压的稳定。

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.---\left(5\right)$

网侧变流器控制模块的稳态控制模式，能够实现机组对风能的最大功率追踪和机组的定功率因数运行。无功功率的参考值Q_tref ^*一般设为零，使机组作单位功率因数运行，从而能够充分利用变流器的容量输出有功功率。有功优先的限流控制环节，在保证变流器电流不越限的情况下，使得网侧变流器容量首先满足有功电流，然后根据I_{gdrefl_P} ^*计算无功电流的容限值，进而求得I_{gqrefl_P} ^*。稳态时网侧限流控制的具体实施过程是：首先，根据式(6)，利用有功外环PI控制器输出的I_gdref ^*求出I_{gdrefl_P} ^*。然后再根据式(7)，利用无功外环PI控制器输出的I_gqref ^*和已求出的I_{gdrefl_P} ^*计算出I_{gqrefl_P} ^*。有功优先的限流控制可以使网侧变流器为机组稳态时追踪最大风能提供充足的有功容量。在有功内环参考电流输入端增加惯性环节，则是为了减小模式切换对有功电流的影响，抑制P_t ^*和U_dc ^*在模式切换时的波动幅度。

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<{-I}_{\max }^{*}\end{array}\right.---\left(6\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.---\left(7\right)$

网侧变流器控制模块的低压暂态控制模式，能够使机组根据网侧电压的跌落向电网提供更多的无功功率。无功优先的限流控制环节使得网侧变流器的容量首先满足无功电流，然后根据无功电流的参考值I_{gqrefl_Q} ^*计算有功电流的容限值，进而求得有功电流的参考值I_{gdrefl_Q} ^*。低压暂态时网侧限流控制的具体实施过程是：首先，根据式(8)，利用无功外环PI控制器输出的无功电流初始参考值I_gqref ^*求出I_{gqrefl_Q} ^*。然后再根据式(9)，利用有功外环PI控制器输出的有功电流初始参考值I_gdref ^*和已求出的I_{gqrefl_Q} ^*计算出I_{gdrefl_Q} ^*。无功优先的限流控制能够充分利用网侧变流器的容量来保证低压暂态期间动态无功控制的最大程度实现，使得机组能够对电网电压提供一定的无功支持。

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<{-I}_{\max }^{*}\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrerfl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.---\left(9\right)$

机侧有功优先的限流控制、稳态时网侧有功优先的限流控制以及低压暂态时网侧无功优先的限流控制组成了双侧变流器的协调限流控制方式。协调限流控制能够充分合理的使用变流器的容量来保证机组有功无功控制目标的实现，有助于发挥出双闭环控制器的最大控制效能。

桨距角控制模块最大功率追踪区控制模式中，控制器可以根据网侧电压的跌落情况调整桨距角的大小。稳态时，U_it ^*大于U_itlow ^*，桨距角受控为零，风机保持最大功率追踪状态。低压暂态时，U_it ^*小于U_itlow ^*，桨距角受控增大，风机捕获的风能减小。伺服控制环节由比例器、变化速率限制器和积分器组成，它限制了桨距角的变化速率和变化范围。

桨距角控制模块功率限制区控制模式中，控制器根据发电机转速的波动调节桨距角的大小。当ω_m ^*超过ω_mref ^*时，桨距角受控增大，以避免发电机超速并限制风机的出力。因此，无论风机运行在最大功率追踪区还是功率限制区，电网低电压事件都会引起变桨系统的动作。在最大功率追踪区，网侧电压的跌落将直接引起桨距角的增大。在功率限制区，网侧电压跌落会造成发电机转速的波动，从而间接触发变桨系统动作。桨距角控制模块在低压暂态期间能够减少机组对风能的捕获，将减轻机组低电压穿越的负担，有助于提高PMSG风机的低电压穿越能力。

测试本发明提出的方法采用由DIgSILENT/Power Factory搭建的PMSG单机系统接入电网的仿真实例（如图10）。

为了使仿真结果更接近实际情况，使用两质块模型模拟风机的风轮机、发电机以及传动机构。表1为仿真实例的基本参数。表2为在仿真实例中本发明所提控制方法的一些基本参数设置。

表1PMSG风力发电机的基本参数

参数	取值	参数	取值
				额定有功(MW)	1.5	风轮半径(m)	33
额定电压(kV)	0.69	风轮机惯性时间常数(s)	7.2
				额定频率(Hz)	15	发电机惯性时间常数(s)	1
额定风速(m/s)	12	传动轴等效刚性系数(p.u.)	2.1
				极对数	50	直流母线电容(F)	0.03

表2功率协调控制方法的基本参数设置

参数	取值(p.u.)	参数	取值(p.u.)
				Udcref *	1	Uitref *	1
Usref *	1	Uitlow *	0.9
				Qtref *	0	ωmref *	1

仿真时，在系统暂态过程中不考虑风速的变化和保护的动作。首先研究风速9m/s，即风机在最大功率追踪区的低电压穿越特性。机组采用传统控制方法的情景用TM表示，采用本发明所提功率协调控制方法的情景用NM表示。在仿真系统的节点MV上设置三相短路接地故障，故障在1秒时发生，持续0.625秒。仿真结果如图11。其中，U^* _WFT表示节点WFT的电压幅值。

分析图11的仿真结果可知，在最大功率追踪区，TM情景下，变桨系统不动作，桨距角β保持为零。机组网侧有功P^* _t的波动无法反映到发电机输出的有功功率P^* _s上，风机捕获功率P^* _m、发电机出力P^* _s以及发电机转速ω^* _m基本保持不变。直流环节承担不平衡能量，直流电压U^* _dc最高升至3.574p.u.，机组无法实现低电压穿越。而且在低电压期间，机组仍然维持单位功率因数运行，送入电网的无功功率Q^* _t基本在零附近波动，网侧电压U^* _WFT跌至0.136p.u.。NM情景下，变桨系统则根据网侧电压的跌落程度增大桨距角。发电机出力准确跟踪网侧输出有功的变化，直流环节保持功率平衡，直流母线电压维持1p.u.。不平衡能量由发电机转子承担，再加上暂态期间传动轴扭转的影响，发电机转速出现上下振荡，但转速的变化仍在安全范围内。机组在低电压期间不再保持单位功率因数运行，网侧变流器增大向电网输出的无功功率，网侧电压U^* _WFT提升至0.255p.u.。

当风速增至15m/s时，PMSG风机的运行状态进入功率限制区。网侧故障情况与之前的设置一致。机组低电压穿越特性的仿真结果如图12所示。

分析图12的仿真结果可知，在功率限制区，TM情景下的PMSG风机仍然无法实现低电压穿越。受直流环节隔离作用的影响，网侧有功的变化传递不到机侧。风机捕获功率、发电机出力以及发电机转速在暂态期间基本不变。受此影响，变桨系统不发生动作，桨距角仍然保持稳态值。由于机组稳态出力变大，风机在低电压期间承受的不平衡能量也相应增加，直流母线电压最高升至6.039p.u.。风机暂态期间仍保持单位功率因数运行，网侧电压降至0.2p.u.以下。NM情景中，不平衡能量由发电机转子承担。发电机转速的波动触发变桨系统动作，桨距角增大。相应的，风机捕获的有功功率降低，机组承受的不平衡能量相对减小。低电压期间，直流母线电压维持在额定值附近，转速的波动也没有超过安全上限，风机可以有效地实现低电压穿越。同时，机组还能对电网提供无功支持，网侧电压提升至0.257p.u.。

上述仿真实例充分验证了本发明可以使PMSG风机在最大功率追踪区和功率限制区均能有效地实现低电压穿越，还能使机组在低压暂态期间向电网提供动态的无功支持。相较传统的控制方法，本发明在不附加卸荷硬件的条件下，充分合理的利用PMSG风机自身的控制手段，有效提高了PMSG风机的低电压穿越能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制装置，其特征在于，所述装置包括发电机转速测量模块、直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网测电压测量模块、网测电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网测功率测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和功率协调控制模块；

其中，所述直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块、网测电压测量模块、网测电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网测功率测量模块、风速测量模块和浆距角测量模块分别与所述功率协调控制模块连接；

所述发电机转速测量模块分别与最大功率追踪控制模块和功率协调控制模块连接；

所述功率协调控制模块用于接收所述直流电压测量模块采集到的直流母线电压、机端电压测量模块采集到的发电机机端电压、机端电流测量模块采集到的发电机机端电流、网测电压测量模块采集到的网侧节点电压、网测电流测量模块采集到的网侧变流器输出电流、最大功率追踪控制模块输出的网侧有功功率的参考值、网测功率测量模块采集到的网侧有功功率和网侧无功功率、风速测量模块采集到的风速值和浆距角测量模块采集到的桨距角数值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率协调控制模块包括机侧变流器控制模块、网侧变流器控制模块和桨距角控制模块；所述机侧变流器控制模块分别与直流电压测量模块、机端电压测量模块、机端电流测量模块和机侧变流器连接；所述网侧变流器控制模块分别与所述网测电压测量模块、网测电流测量模块、最大功率追踪控制模块、网测功率测量模块和网测变流器连接；所述桨距角控制模块分别与所述发电机转速测量模块、网测电压测量模块、风速测量模块、浆距角测量模块和变浆系统连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述网侧变流器控制模块包括低电压判断模块。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述桨距角控制模块包括风速判断模块。

5.一种用于直驱式风力发电机低电压穿越的功率控制方法，其特征在于，所述方法包括基于机侧变流器控制模块的控制方法、基于网侧变流器控制模块的控制方法和基于桨距角控制模块的控制方法；

其中，机侧变流器控制模块采用双闭环结构，使用机侧变流器交流端电压定向，其控制方法的具体步骤包括：

步骤1：机侧变流器控制模块外环用采集到的直流母线电压的幅值U_dc ^*减去直流母线电压的参考值U_dcref ^*；直流电压差值经过外环PI控制器给出机端有功电流的初始参考值I_sdref ^*；同时用采集到的发电机机端电压的幅值U_s ^*减去发电机机端电压的参考值U_sref ^*；机端电压差值经过外环PI控制器给出机端无功电流的初始参考值I_sqref ^*；

步骤2：I_sdref ^*和I_sqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出机端有功电流的参考值I_sdrefl ^*和机端无功电流的参考值I_sqrefl ^*；

步骤3：机侧变流器控制模块内环用机端有功电流的参考值I_sdrefl ^*减去采集到的机端有功电流I_sd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd；同时用机端无功电流的参考值I_sqrefl ^*减去采集到的机端无功电流I_sq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出机侧变流器调制系数的q轴分量C_msq；

步骤4：将机侧变流器调制系数的d轴分量C_msd和q轴分量C_msq送入机侧变流器，以实现对机侧变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块采用双闭环结构，使用网侧变流器交流端电压定向；其控制方法包括两种模式，机组正常运行时的稳态控制模式和电网低电压期间的低压暂态控制模式；通过低电压判断模块辨识网侧变流器交流端电压幅值U_it ^*的大小实现网侧变流器控制模块的控制模式切换；

其中，网侧变流器控制模块处于稳态控制模式时的具体控制过程为：

步骤1）：网侧变流器控制模块外环用网侧变流器输出的有功功率P_t ^*减去输出有功的参考值P_tref ^*；有功功率差值经过外环PI控制器给出网侧有功电流的初始参考值I_gdref ^*；同时用网侧变流器输出的无功功率Q_t ^*减去输出无功的参考值Q_tref ^*；无功功率差值经过外环PI控制器给出网侧无功电流的初始参考值I_gqref ^*；

步骤2）：I_gdref ^*和I_gqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出网侧有功电流的参考值I_{gdrefl_P} ^*和网侧无功电流的参考值I_{gqrefl_P} ^*；I_{gdrefl_P} ^*经过惯性环节输入到有功内环的控制器中；

步骤3）：网侧变流器控制模块内环用经过惯性环节的有功电流参考值减去测量到的网侧有功电流I_gd ^*；有功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的d轴分量C_mgd；同时用I_{gqrefl_P} ^*减去测量到的网侧无功电流I_gq ^*；无功电流差值经过内环PI控制器给出网侧变流器调制系数的q轴分量C_mgq；

步骤4）：将C_mgd和C_mgq送入网侧变流器，以实现对网测变流器的调制控制；

网侧变流器控制模块处于低压暂态控制模式时的具体控制过程为：

网侧变流器控制模块低压暂态控制模式的结构以及控制策略的实施步骤均与稳态控制模式类似，所不同的是，无功外环的被控量为U_it ^*；限流控制环节采用无功优先策略；

所述桨距角控制模块由PI控制环节和伺服控制环节串联组成，包括两种模式：最大功率追踪区控制模式和功率限制区控制模式；通过风速判断模块辨识风速的大小实现桨距角控制模块的控制模式切换；

所述桨距角控制模块的最大功率追踪区控制模式的具体控制过程为：

步骤（1）：桨距角控制模块用网侧电压下限值U_itlow ^*减去U_it ^*；电压差值经过PI控制器给出桨距角的参考值β_ref；

步骤（2）：用桨距角的参考值β_ref减去桨距角的实际值β；差值经过伺服控制环节得出桨距角的输出控制信号；

步骤（3）：将桨距角的输出控制信号送入到变桨系统中，以实现对桨距角大小的调节；

所述桨距角控制模块的功率限制区控制模式的具体控制过程为：桨距角控制模块功率限制区控制模式的结构以及控制策略的实施步骤均与最大功率追踪区控制模式类似，所不同的是，PI控制根据发电机转速ω_m ^*和额定转速ω_mref ^*的差值给出β_ref。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，I_sdref ^*和I_sqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出I_sdrefl ^*和I_sqrefl ^*的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{sdref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的I_sdref ^*求出I_sdrefl ^*；其中，I_max ^*表示变流器的电流上限；然后再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=I_{\mathrm{sqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{sqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{sqrefl}}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{sqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{sdrefl}}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的I_sqref ^*和已求出的I_sdrefl ^*计算出I_sqrefl ^*。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过低电压判断模块辨识网侧变流器交流端电压幅值U_it ^*的大小实现网侧变流器控制模块的控制模式切换的过程为：

当U_it ^*大于或等于0.9p.u.时，低电压判断模块输出稳态控制信号，网侧变流器控制模块进入稳态控制模式；当U_it ^*小于0.9p.u.时，低电压判断模块输出暂态控制信号，网侧变流器控制模块进入低压暂态控制模式。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中，I_gdref ^*和I_gqref ^*经过有功优先的限流控制环节得出I_{gdrefl_P} ^*和I_{gqrefl_P} ^*的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的I_gdref ^*求出I_{gdrefl_P} ^*；然后再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{qgrefl}\_P}^{*}=\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_P}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gdrefl}\_P}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的I_gqref ^*和已求出的I_{gdrefl_P} ^*计算出I_{gqrefl_P} ^*。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网侧变流器控制模块低压暂态控制模式中，无功优先限流控制的具体过程为：

首先，根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gqref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gqref}}^{*}\right|\&le;I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}>I_{\max }^{*}\\ I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}=-I_{\max }^{*}& I_{\mathrm{gqref}}^{*}<-I_{\max }^{*}\end{array}\right.$ 利用无功外环PI控制器输出的无功电流初始参考值I_gqref ^*求出I_{gqrefl_Q} ^*；然后，再根据式 $\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=I_{\mathrm{gdref}}^{*}& \left|I_{\mathrm{gdref}}^{*}\right|\&le;\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=\sqrt{{\left({I(}_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}>\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\\ I_{\mathrm{gdrefl}\_Q}^{*}=-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}& I_{\mathrm{gdref}}^{*}<-\sqrt{{\left(I_{\max }^{*}\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{gqrefl}\_Q}^{*}\right)}^2}\end{array}\right.$ 利用有功外环PI控制器输出的有功电流初始参考值I_gdref ^*和已求出的I_{gqrefl_Q} ^*计算出I_{gdrefl_Q} ^*。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过风速判断模块辨识风速的大小实现桨距角控制模块的控制模式切换的过程为：

当风速值小于额定风速v_rated时，风速判断模块输出最大功率追踪控制信号，桨距角控制模块进入最大功率追踪区控制模式；当风速值大于或等于v_rated时，风速判断模块输出功率限制控制信号，桨距角控制模块进入功率限制区控制模式。

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