CN105680475A - 一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，属于双馈风力发电机控制领域，所述瞬间冲击电流是由控制策略切换引起，其特征是在比例积分控制器上赋予一个初始值，使其从不为零的初始值开始变化。本发明使得并网时刻控制策略切换平滑，有效的抑制了并网瞬间对电网的冲击，并缩短了并网瞬间的动态响应时间。

Description

一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法
技术领域
本发明属于双馈风力发电机控制领域，具体说明了一种抑制空载并网控制到功率控制切换瞬间冲击电流，缩短模态切换动态过程的方法。
背景技术
传统能源逐渐匮乏，风力发电得以迅猛发展，随着风电机组的容量越来越大，在并网瞬间对电网的冲击不可忽视。
目前对于双馈风电机组的空载并网技术多采用矢量解耦的控制方法，建立同步速旋转的两相dq坐标系，采用电网电压定向的方法，将d轴定向于定子电压A相。其控制框图如图1所示。控制转子侧励磁电压的urd与urq大小，即可完成对定子侧电压的控制，实现定子电压的幅值、频率和相位与电网电压一致。并网电磁继电器吸合，并网完成。
并网完成后，控制策略即切换成功率控制策略，目前功率控制亦是多采用矢量解耦的控制策略，其控制框图如图2所示。同样是控制转子侧励磁电压的urd与urq大小，完成对发电机定子侧输出功率的控制。
冲击电流的形成原因是定子电压与电网电压的不平衡。在一定转速下，空载并网已使定子电压与电网电压一致，此时有一组确定的urd与urq。并网开关吸合，切换为功率控制，调节urd、urq实现最大功率跟踪控制。然而此时urd、urq分别为比例积分控制器PI3、比例积分控制器PI4的初始值(初始值为0)与补偿量的线性相加，补偿量很小，不起决定性作用，故可认为此时urd、urq初始值也为0；并且分别经过两个比例积分控制器(PI)才能调节到urd、urq，其变化方向有着不确定性。urd、urq的变化过程如图5所示，励磁电压urd、urq的突变，使得定子电压与电网电压失去平衡，这是导致控制策略切换引起的冲击电流与动态过程时间较长的原因。
现实运行情况中一台风电机组平均每年并网次数达到几千次，这也就意味着对风电机组有着几千次的并网冲击，影响风电机组器件的使用寿命。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的并网冲击的问题，提供一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，抑制了并网瞬间由控制策略切换引起的冲击电流，缩短了动态响应时间。
一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，其特征是在比例积分(PI)控制器上赋予一个初始值，使其从不为零的初始值开始变化。
所述初始值为双馈发电机运行并网控制策略时，定子输出电压与电网电压的幅值、频率、相位达到一致，转子励磁电流d轴分量值、q轴分量值、励磁电压的d轴分量值或q轴分量值。
进一步地，一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，其特征包括下述内容：
（1）运行空载并网程序，检测双馈发电机定子输出电压与电网电压的幅值、频率、相位，当双馈发电机定子输出电压与电网电压达到一致时给并网开关发出信号，并网开关吸合；同时记录转子励磁电流d轴分量值、q轴分量值、励磁电压的d轴分量值、q轴分量值；
（2）将转子励磁电流d轴分量值赋给励磁电流d轴分量寄存器；转子励磁电流q轴分量值赋给励磁电流q轴分量寄存器；励磁电压的d轴分量值赋给励磁电压d轴分量寄存器；励磁电压的q轴分量值赋给励磁电压q轴分量寄存器；
（3）将励磁电流d轴分量寄存器的数值加到有功功率比例积分控制器(PI1)上；励磁电流q轴分量寄存器的数值加到无功功率比例积分控制器(PI2)上；励磁电压d轴分量寄存器的数值加到电流环d轴比例积分控制器(PI3)上；励磁电压q轴分量寄存器的数值加到电流环q轴比例积分控制器(PI4)上；运行功率控制程序。
此时PI1、PI2、PI3、PI4四个比例积分控制器的输出值均是连续变化的，使得urd与urq的值也连续变化，实现了控制策略的平滑切换。
本发明中所述瞬间冲击电流由控制策略切换引起的瞬间冲击电流。
在双馈风力发电机转子励磁控制实验平台上，通过分析优化控制方法前后的实验波形验证本发明的有益效果。
图5表明：没有实施本发明的转子励磁的电压在并网时刻有较大波动，并且暂态时间较长。
图6表明：实施本发明的转子励磁的电压在并网时刻平稳变化，并且暂态时间很短。
图7表明：没有实施本发明的定子输出功率在并网时刻有较大波动，并且暂态时间较长。
图8表明：实施本发明的定子输出功率在并网时刻平稳变化，并且暂态时间很短。
图9所示：没有实施本发明的转子励磁电压、转子电流在并网时刻有较大波动，并且暂态时间较长。
图10所示：实施本发明的转子励磁电压、转子电流在并网时刻平稳变化，并且暂态时间很短。
总之，本发明使得并网时刻，控制策略切换平滑，有效的抑制了并网瞬间由控制策略切换引起的冲击，并缩短了并网瞬间的动态响应时间。
附图说明
图1是空载并网控制框图。
图2是功率控制控制框图。
图3是常规比例积分控制器原理图。
图4是本发明的比例积分控制器原理图。
图5是采用常规控制策略的转子励磁电压并网时刻波形。
图6是采用本发明控制策略的转子励磁电压并网时刻波形。
图7是采用常规控制策略的定子输出有功功率P、无功功率Q在并网时刻波形。
图8是采用本发明控制策略的定子输出有功功率P、无功功率Q在并网时刻波形。
图9是采用常规控制策略的转子A相电压、电流在并网时刻波形。
图10是采用本发明控制策略的转子A相电压、电流在并网时刻波形。
图中，ird为旋转dq坐标系下励磁电流的d轴分量；
irq为旋转dq坐标系下励磁电流的q轴分量；
urd为旋转dq坐标系下励磁电压的d轴分量；
urq为旋转dq坐标系下励磁电压的q轴分量；
ura为转子A相电压；
ira为转子A相电流。
具体实施方式
风力机带动双馈发电机转动，并网控制系统的信号采集模块采集双馈发电机转速、定子输出电压、电网电压信号。根据图1所示的控制框图计算转子励磁电压的旋转dq坐标系下励磁电压的d轴分量urd、旋转dq坐标系下励磁电压的q轴分量urq，利用空间矢量调制技术，并通过DSP控制器给双馈发电机转子侧逆变器发出驱动信号，逆变器逆变出所需要的励磁电压。
检测双馈发电机定子输出电压与电网电压的幅值、频率、相位，当两者达到一致时给并网开关发出信号，并网开关吸合，与此同时记录此时转子励磁电流ird、irq，励磁电压的urd、urq，并分别赋值给IDR、IQR、UDR、UQR，程序如下：
IRD=ird;
IRQ=irq;
URD=urd;
URQ=urq;
根据图2的控制框图，将记录的IDR、IQR、UDR、UQR分别加到PI1、PI2、PI3、PI4四个比例积分控制器上，即比例积分控制器(PI)是由比例环节、积分环节与初始值IDR、IQR、UDR、UQR线性相加组成，如图4改进后的比例积分控制器(PI)。
PI控制器程序如下：
wucha_P=Pgeiding-PP;
I1=KI1*tsample*wucha_P+I1;
P1=KP1*wucha_P;
PI1=P1+I1+IRD;
wucha_ird=PI1-ird;
I3=KI3*tsample*wucha_ird+I3;
P3=KP3*wucha_ird;
PI3=P3+I3+URD;
urd=PI3;
wucha_Q=Qgeiding-QQ;
I2=-KI2*tsample*wucha_Q+I2;
P2=-KP2*wucha_Q;
PI2=P2+I2+IRQ;
wucha_irq=PI2-iqr;
I4=KI4*tsample*wucha_irq+I4;
P4=KP4*wucha_irq;
PI4=P4+I4+URQ;
urq=PI4;
运行功率控制程序，实现最大功率跟踪控制，空载并网控制至功率控制切换完成。
本发明中，IDR为并网程序结束时ird的寄存器；
IQR为并网程序结束时irq的寄存器；
UDR为并网程序结束时urd的寄存器；
UQR为并网程序结束时urq的寄存器。

Claims (3)

1.一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，所述瞬间冲击电流是由控制策略切换引起，其特征是在比例积分控制器上赋予一个初始值，使其从不为零的初始值开始变化。
2.根据权利要求1所述一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，其特征是所述初始值为双馈发电机运行并网控制策略时，当定子输出电压与电网电压的幅值、频率、相位达到一致，转子励磁电流d轴分量值、q轴分量值、励磁电压的d轴分量值或q轴分量值。
3.根据权利要求1所述一种抑制双馈风力发电机并网瞬间冲击电流的方法，其特征包括下述内容：
（1）运行空载并网程序，检测双馈发电机定子输出电压与电网电压的幅值、频率、相位，当双馈发电机定子输出电压与电网电压达到一致时给并网开关发出信号，并网开关吸合；同时记录转子励磁电流d轴分量值、q轴分量值、励磁电压的d轴分量值、q轴分量值；
（2）将转子励磁电流d轴分量值赋给励磁电流d轴分量寄存器；转子励磁电流q轴分量值赋给励磁电流q轴分量寄存器；励磁电压的d轴分量值赋给励磁电压d轴分量寄存器；励磁电压的q轴分量值赋给励磁电压q轴分量寄存器；
（3）将励磁电流d轴分量寄存器的数值加到有功功率比例积分控制器PI1上；励磁电流q轴分量寄存器的数值加到无功功率比例积分控制器PI2上；励磁电压d轴分量寄存器的数值加到电流环d轴比例积分控制器PI3上；励磁电压q轴分量寄存器的数值加到电流环q轴比例积分控制器PI4上；运行功率控制程序。
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