CN106786672B - 抑制串补输电系统次同步谐振的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法及系统，该方法包括：采集串补输电系统中双馈风机网侧变流器转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；对I_rabc、U_sabc及I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；根据转子电流参考值I_rαβ ^*及I_rαβ获取第一前馈控制分量；根据转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述I_rαβ，计算第二前馈控制分量；根据定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感、所述I_sαβ及U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；根据第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；对U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

Description

抑制串补输电系统次同步谐振的方法及系统

技术领域

本发明涉及风电并网技术领域，尤其涉及一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法及系统。

背景技术

大容量远距离输送是我国风电发展特点，串补是提升送出能力的重要手段，在国内得到广泛应用。集群风电经串补输电系统送出运行特性复杂，可能面临次同步谐振等风险。美国德州、我国冀北沽源地区、吉林通榆地区都先后发生过风电次同步谐振(Sub-synchronous Resonance，SSR)现象，其中沽源地区因风电并网规模大、谐振发生次数多而最具典型性，风电-串补输电系统次同步谐振的建模、机理分析与抑制成为亟待解决的问题。在次同步谐振机理方面，已有学者对在双馈风机(Double-fed induction generation,DFIG)串补输电系统次同步谐振的三种机理进行了分析，并对风电-串补输电系统次同步谐振的特性及影响因素进行了分析。在建模方面，现有技术中已建立阻抗模型来分析风电串补次同步谐振，确定了串联补偿度、风速、以及电流控制参数对次同步谐振的影响。在抑制措施方面，已有学者提出了基于转子侧变流器的有功、无功调节方法。现有的方法一采用风电场串补输电系统中的STATCOM来抑制SSR和阻尼电力系统振荡，并将非线性优化设计步骤用于STATCOM附加次同步阻尼控制环的设计。现有的方法二利用机轴角速度作为输入信号，实现双馈风机的附加阻尼控制。现有的方法三通过改进UPFC的控制策略，并增加了桨距角附加控制实现对次同步谐振的意识。现有的方法四根据转子角相位差来进行有功功率调制，来实现双馈风机的阻尼控制。上述的抑制方法不易实现，并且有功功率的调制容易导致系统谐振，所以有必要对抑制措施进行深一步的研究。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法及系统。

本发明实施例提供了一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法，该方法包括：

采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；

对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；

根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量；

根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量；

根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；

根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；

对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

本发明实施例还提供一种抑制串补输电系统次同步谐振的系统，所述系统包括：

信号采集单元，用于采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；

第一转换单元，用于对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；

第一控制分量获取单元，用于根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量；

第二控制分量获取单元，用于根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量；

磁链控制分量获取单元，用于根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；

控制电压计算单元，用于根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；

空间矢量调制单元，用于对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

本发明实施例通过将系统电流的次同步频率分量转化为转子静止坐标下的αβ分量，可使比例谐振控制的谐振频率点与次同步频率转子静止坐标的αβ分量频率相吻合，能够增强双馈风机对系统次同步分量的控制，从风机侧实现对次同步谐振的抑制。并且，本发明实施例避免了DQ坐标下的坐标变换和谐振控制器数量，减少了计算量，便于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例串补输电系统中双馈风机的系统结构示意图；

图2为本发明实施例双馈风机在αβ坐标系下的等效电路示意图；

图3为本发明实施例抑制串补输电系统次同步谐振的方法的流程示意图；

图4为本发明实施例双馈风机的前馈控制结构图；

图5为本发明实施例双馈风机在αβ坐标系下的控制原理框图；

图6为本发明实施例抑制串补输电系统次同步谐振的系统的结构示意图；

图7为本发明实施例第一控制分量获取单元13的结构示意图；

图8为本发明实施例河北北部某220kV变电站故障录波数据；

图9为本发明实施例发生次同步谐振时双馈风机的定子电流及电压波形；

图10为本发明实施例发生次同步谐振时的双馈风机αβ轴电流波形；

图11为本发明实施例发生次同步谐振时αβ轴电流的FFT幅值波形；

图12为本发明实施例采用前馈控制的双馈风机的αβ轴电流波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例先对对双馈风机进行了建模，推导了双馈风机两相静止坐标αβ轴的数学模型，并基于该数学模型得到了两相静止αβ坐标系中的控制信号表达式。在本发明实施例中，串补输电系统中双馈风机的系统结构大体如图1所示，其主要包括轴系、双馈感应电机、网侧变流器(Grid Side Converter，GSC)、转子侧变流器(Rotor Side Converter，RSC)、变流器直流环节、变流器控制器及其箱式变压器等部分。其中，v_s为定子电压，i_s为定子电流，i_n为网侧变流器电流，i_r为转子侧变流器电流，v_dc为直流电压。在图1所示系统中，由于集群风电串补输电系统送出运行特性复杂，通常面临次同步谐振的风险。针对双馈风机-串补输电系统中存在的次同步谐振现象，本发明实施例提出了一种抑制次同步谐振的方法。

首先，通过上述双馈风机的模型，将双馈风机定子、转子绕组均采用电动机惯例进行等效，假设转子侧参数均已折算到定子侧，并忽略磁饱和，推导出两相静止坐标系下双馈风机的定子侧电压方程、转子侧电压方程和磁链方程如下：

式中，U_sαβ＝u_sα+ju_sβ，U_rαβ＝u_rα+ju_rβ，I_sαβ＝i_sα+ji_sβ，I_rαβ＝i_rα+ji_rβ，Ψ_sαβ＝ψ_sα+jψ_sβ，Ψ_rαβ＝ψ_rα+jψ_rβ。u_sα、u_sβ分别为定子侧电压在α、β轴上的分量；i_sα、ji_sβ分别为定子侧电流在α、β轴上的分量；ψ_sα、ψ_sβ分别为定子侧磁链在α、β轴上的分量；R_s为定子侧等效电阻，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感；u_rα、u_rβ分别为转子电压在α、β轴上的分量；i_rα、i_rβ分别为转子侧电流在α、β轴上的分量；ψ_rα、ψ_rβ为转子磁链在α、β轴上的分量；R_r为转子侧等效电阻，ω_r为转子转速；p为微分算子。

其次，由式(1)和式(2)变换可以得到两相静止αβ坐标系下双馈风机的等效电路图，如图2所示。根据图2所示等效电路可以得到两相静止坐标系下的转子侧电压方程：

U_rαβ＝(R_r-jω_rδL_r)I_rαβ+δL_rp I_rαβ+(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ) (3)

其中，δ为双馈风机的漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL_s。

式(3)即为本发明实施例提出的双馈风机在两相静止αβ坐标系下的控制方程。

结合式(3)，本发明实施例提供了一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其流程示意图如图3所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤S1、采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc。

步骤S2、对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ。

步骤S3、根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量。

步骤S4、根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量。

步骤S5、根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量。

步骤S6、根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*。

步骤S7、对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

本发明实施例通过将系统电流的次同步频率分量转化为转子静止坐标下的αβ分量，可使比例谐振控制的谐振频率点与次同步频率转子静止坐标的αβ分量频率相吻合，能够增强双馈风机对系统次同步分量的控制，从风机侧实现对次同步谐振的抑制。本发明实施例提出的基于转子静止坐标轴的次同步电流的比例谐振控制，该策略避免了DQ坐标下的坐标变换和谐振控制器数量，减少了计算量，便于实现。

根据本发明的一实施例，在利用步骤S7对转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制之前，通常将转子侧控制电压U_rαβ ^*从两相静止坐标变换到两相旋转坐标系下的控制信号U_rdq ^*，再对所述控制信号U_rdq ^*进行空间矢量调制，从而得到双馈风机网侧变流器的开关控制信号。

在一实施例中，利用步骤S3中根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量时，通常先对转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ作差，得到转子侧电流差ΔI_rαβ，然后将该转子侧电流差送入比例积分控制器，对其进行比例积分处理，获取第一前馈控制分量。在进行比例积分处理时，按照下式进行：

u’＝ΔI_rαβ×k_p×L_rδ (4)

式中，u’为第一前馈控制分量；k_p为比例控制系数。

根据本发明的一实施例，为了得到更为精确的第一前馈控制分量，在利用上述步骤S3求取第一前馈控制分量时，还对所述转子侧电流I_rαβ进行低通滤波，得到次同步电流分量I_rsαβ；并对经过低通滤波得到的次同步电流分量I_rsαβ进行比例积分处理，得到次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ，再对次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ进行限幅处理，将经过限幅处理的前馈控制电压u_rsαβ与转子侧电流差经比例积分处理后得到的结果(即式(4)中的u’)进行求和，得到优化后的第一前馈控制分量，具体的控制框图请参见图4。在图4中，LPF表示LowPass Filter，即低通滤波器；PI表示Proportional Integral，即比例积分。

在一实施例中，步骤S4中计算第二前馈控制分量时，具体地根据双馈风机的转子侧等效电阻、转子侧等效电感、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，按照下式计算第二前馈控制分量：

U”＝(R_r-jω_rδL_r)×I_rαβ (5)

其中，U”为第二前馈控制分量。

在一实施例中，步骤S5中计算定子侧磁链控制分量时，具体地根据定子侧等效电感、定子侧等效电阻、定子侧和转子侧的互感、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，按照下式计算定子侧磁链控制分量：

U”’＝(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ) (6)

其中，U”’为定子侧磁链控制分量；Ψ_sαβ为定子侧磁链。

经过步骤S3-S5计算得到第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量后，步骤S6将计算得到的第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量求和，即可得到转子侧控制电压U_rαβ ^*。

经过步骤S1-S7，可以得到串补输电系统中双馈风机的控制原理框图，如图5所示。在采集到转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc后，对其进行Clarke变换(即图5所示“2S\3S”变换)，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ。对转子侧电流I_rαβ与其参考值作差后再进行比例积分处理，得到未优化的第一前馈控制分量。将转子侧电流I_rαβ乘以(R_r-jω_rδL_r)，即得第二前馈控制分量。利用定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ计算定子侧磁链控制分量时，先根据I_sαβ及U_sαβ计算定子磁链，将求得的定子磁链Ψ_sαβ与转子转速作积后，再与定子侧电压U_sαβ、定子侧电流I_sαβ、互感及定子侧等效电感计算定子侧磁链控制分量。最后对所求得的第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量进行求和处理，得到转子侧控制电压U_rαβ ^*：

U_rαβ ^*＝(R_r-jω_rδL_r)I_rαβ+δL_rU_kprαβ+(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ) (7)

其中，U_kprαβ＝p I_rαβ＝k_p(I_rαβ ^*-I_rαβ),k_p为比例控制系数。具体实施时，I_rαβ ^*可以采用外环(即转子转速控制环和定子无功控制环)生成的电流参考值。

图5及等式(7)仅示出了根据未经优化的第一前馈控制分量求取转子侧控制电压的原理，本发明实施例仅以图5及式(7)为例对技术方案进行说明，并非用作本发明的限制。

本发明实施例通过将系统电流的次同步频率分量转化为转子静止坐标下的αβ分量，可使比例谐振控制的谐振频率点与次同步频率转子静止坐标的αβ分量频率相吻合，能够增强双馈风机对系统次同步分量的控制，从风机侧实现对次同步谐振的抑制。并且，本发明实施例避免了DQ坐标下的坐标变换和谐振控制器数量，减少了计算量，便于实现。

基于与图3所示抑制串补输电系统次同步谐振的方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种抑制串补输电系统次同步谐振的系统。由于该系统解决问题的原理与图3中抑制串补输电系统次同步谐振的方法类似，因此该系统的实施可以参见图3所示抑制串补输电系统次同步谐振的方法的实时，重复之处不再赘述。

在另一实施例中，本发明还提供了一种抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其结构如图6所示。该系统包括：信号采集单元11、转换单元12、第一控制分量获取单元13、第二控制分量获取单元14、磁链控制分量获取单元15、控制电压计算单元16及空间矢量调制单元17。

其中，信号采集单元11用于采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；转换单元12用于对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；第一控制分量获取单元13用于根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量；第二控制分量获取单元14用于根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量；磁链控制分量获取单元15用于根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；控制电压计算单元16用于根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；空间矢量调制单元17用于对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

根据本发明的一实施例，上述的系统还包括一转换单元18，用于将控制电压计算单元16输出的转子侧控制电压U_rαβ ^*从两相静止坐标变换到两相旋转坐标系下的控制信号U_rdq ^*，再送入空间矢量调制单元17进行空间矢量调制。

图7为第一控制分量获取单元13的结构示意图，如图7所示，第一控制分量获取单元13包括：作差模块131及比例积分模块132。其中，作差模块131用于对所述转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ作差，得到转子侧电流差ΔI_rαβ；比例积分模块132用于对所述转子侧电流差按照下式进行比例积分处理，获取所述第一前馈控制分量：

u’＝ΔI_rαβ×k_p×L_rδ。

其中，u’为第一前馈控制分量；k_p为比例控制系数；L_r为转子侧等效电感；δ为双馈风机的漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感。

根据本发明的一实施例，第一控制分量获取单元13还包括：低通滤波模块133、比例积分模块134、限幅模块135及求和模块136。其中，低通滤波模块133用于对所述转子侧电流I_rαβ进行低通滤波，得到次同步电流分量I_rsαβ；比例积分模块134用于对所述次同步电流分量I_rsαβ进行比例积分处理，得到次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ；限幅模块135用于对所述前馈控制电压u_rsαβ进行限幅处理；求和模块136用于将经过限幅处理的前馈控制电压u_rsαβ与所述转子侧电流差经比例积分处理后得到的结果进行求和，获取优化后的第一前馈控制分量。

在一实施例中，第二控制分量获取单元14具体用于：根据双馈风机的转子侧等效电阻、转子侧等效电感、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，按照下式计算第二前馈控制分量：

U”＝(R_r-jω_rδL_r)×I_rαβ

其中，U”为第二前馈控制分量。

在一实施例中，磁链控制分量获取单元15具体用于：根据定子侧等效电感、定子侧等效电阻、定子侧和转子侧的互感、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，按照下式计算定子侧磁链控制分量：

U”’＝(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ)

其中，U”’为定子侧磁链控制分量。

在一实施例中，控制电压计算单元16具体用于利用下式计算所述转子侧控制电压U_rαβ ^*：

U_rαβ ^*＝U’+U”+U”’

其中，U’为优化后的第一前馈控制分量；U”为第二前馈控制分量；U”’为定子侧磁链控制分量。

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面以一详细的实施例进行说明。

本发明实施例以多次发生次同步谐振的河北省北部沽源地区的风电场为例进行说明，该地区地处内蒙古高原与华北平原的过渡带，境内大部分区域风能资源比较丰富，是全国少有的风能集中区。截止2014年底，该地区共有27座风电场，并网容量4175.6MW。该地区在所有500kV运行线路的串补全部投运，220kV风电系统正常送出情况下，500kV变电站发生了多次主变异常振动声响的情况，多个风电场也出现主变异常声响。通过对故障期间录波数据的分析，发现沽源地区各风电场和汇集站电流出现了较大幅度的振荡，振荡频率约为4～8Hz，典型的系统的故障录波数据如图8所示。

为了进一步验证本发明所提出的方法对次同步振荡抑制的有效性，本实施例对所研究系统进行了暂态时域仿真。仿真采用2MVA风机串补的等值进行仿真，系统等值和相应的参数见文献《基于定转子转矩分析法的双馈风机次同步谐振机理研究》及《双馈风力发电机串补输电系统全运行区域的次同步特性分析》，双馈风机工作与次同步转速为1200rpm，机械输入功率为500kVA，在未采取抑制措施得到的仿真波形如图9所示，其中图9(a)为电流波形，图9(b)为电压波形。从时域波形可以看出，电流中含有4Hz的次同步电流分量，电流大幅谐振，而电压谐振较小，与故障录波情况波形相似，很好的复现了风电串补次同步谐振现象。

发生次同步谐振时，双馈风机控制内环的参考电流与反馈电流如图10所示。从幅值来看，参考电流小幅波动，该次同步电流分量是由于系统同步造成其含量较低，表明发生次同步谐振时，控制器外环处于理想工作状态，锁相环等也处于线性工作区，相位误差小。反馈电流中含有较大的次同步电流，且呈现快速发散状态，缺少相应的抑制措施，故需要对控制器内环控制策略进行改进。对αβ坐标下的电流进行FFT(Fast FourierTransformation，快速傅氏变换)分析，得到如图11所示频谱。由于转子本身的旋转，将次同步电流转换为转子静止坐标轴中，使得次同步频率变为工频与转子转速以及次同步频率之差，在50Hz条件下，转速为1200rpm，次同步谐振频率约为4Hz，则转子αβ坐标下，次同步电流转换为36Hz频率的分量。

在控制系统中加入前馈控制模块后，得到的αβ轴下的参考与反馈电流如图12所示。对比图10和图12，从波形上看，通过增加前馈控制模块，能够使双馈风机避免次同步谐振，与理论分析相一致。

本发明实施例双馈风机-串补输电系统的次同步谐振问题，提出了静止两相静止αβ坐标系下的前馈控制方法，并设计了控制器的相应参数，进行了故障录波与仿真复现，并在此基础上进行了比例谐振控制算法的仿真，真实复现了故障录波情况，验证了本发明实施例提出的控制策略的有效性，可以有效抑制次同步谐振。

本发明实施例通过对对双馈风机的建模，推导了双馈风机两相静止αβ坐标系下的数学模型，并得到了两相静止αβ坐标系下的控制框图。然后，针对次同步谐振问题，提出转子静止坐标下的了前馈控制，增强了双馈风机对系统次同步分量的控制，从风机侧实现对次同步谐振的抑制。本发明实施例避免了DQ坐标下的坐标变换和谐振控制器数量，减少了计算量，便于实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；

对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；

根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量；

根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量；

根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；

根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；

对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

2.根据权利要求1所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量，包括：

对所述转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ作差，得到转子侧电流差ΔI_rαβ；

对所述转子侧电流差按照下式进行比例积分处理，获取所述第一前馈控制分量：

u’＝ΔI_rαβ×k_p×L_rδ

其中，u’为第一前馈控制分量；k_p为比例控制系数；L_r为转子侧等效电感；δ为双馈风机的漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL_s，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感。

3.根据权利要求2所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，在获取第一前馈控制分量时，所述方法还包括：

对所述转子侧电流I_rαβ进行低通滤波，得到次同步电流分量I_rsαβ；

对所述次同步电流分量I_rsαβ进行比例积分处理，得到次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ；

对所述次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ进行限幅处理；

将经过限幅处理的前馈控制电压u_rsαβ与所述第一前馈控制分量进行求和，获取优化后的第一前馈控制分量。

4.根据权利要求1所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量，具体包括：

根据双馈风机的转子侧等效电阻、转子侧等效电感、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，按照下式计算第二前馈控制分量：

U”＝(R_r-jω_rδL_r)×I_rαβ

其中，U”为第二前馈控制分量；R_r为转子侧等效电阻；ω_r为转子转速；δ为漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL_s，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感。

5.根据权利要求1所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量，具体包括：

根据定子侧等效电感、定子侧等效电阻、定子侧和转子侧的互感、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，按照下式计算定子侧磁链控制分量：

U”’＝(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ)

其中，U”’为定子侧磁链控制分量；L_m为定子侧和转子侧的互感；L_s为定子侧等效电感；R_s为定子侧等效电阻；ω_r为转子转速；Ψ_sαβ为定子侧磁链。

6.根据权利要求3所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*，具体包括：

利用下式计算所述转子侧控制电压U_rαβ ^*：

U_rαβ ^*＝U’+U”+U”’

其中，U’为优化后的第一前馈控制分量；U”为第二前馈控制分量；U”’为定子侧磁链控制分量。

7.根据权利要求1所述的抑制串补输电系统次同步谐振的方法，其特征在于，在对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制之前，所述方法还包括：

将所述转子侧控制电压U_rαβ ^*从两相静止坐标变换到两相旋转坐标系下的控制信号U_rdq ^*；

对所述控制信号U_rdq ^*进行空间矢量调制，得到双馈风机网侧变流器的开关控制信号。

8.一种抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述系统包括：

信号采集单元，用于采集串补输电系统中双馈风机的网侧变流器的转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电流I_sabc及定子侧三相电压U_sabc；

第一转换单元，用于对所述转子侧三相电流I_rabc、定子侧三相电压U_sabc及定子侧三相电流I_sabc进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下网侧变流器的转子侧电流I_rαβ、定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ；

第一控制分量获取单元，用于根据转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ以获取第一前馈控制分量；

第二控制分量获取单元，用于根据双馈风机的转子侧等效电抗参数、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，计算第二前馈控制分量；

磁链控制分量获取单元，用于根据双馈风机的定子侧等效电抗参数、定子侧和转子侧的互感L_m、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，计算定子侧磁链控制分量；

控制电压计算单元，用于根据所述第一前馈控制分量、第二前馈控制分量及定子侧磁链控制分量，计算转子侧控制电压U_rαβ ^*；

空间矢量调制单元，用于对所述转子侧控制电压U_rαβ ^*进行空间矢量调制，获取双馈风机网侧变流器的开关控制信号，以抑制串补输电系统的次同步谐振。

9.根据权利要求8所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述第一控制分量获取单元包括：

作差模块，用于对所述转子电流参考值I_rαβ ^*及所述转子侧电流I_rαβ作差，得到转子侧电流差ΔI_rαβ；

第一比例积分模块，用于对所述转子侧电流差按照下式进行比例积分处理，获取所述第一前馈控制分量：

u’＝ΔI_rαβ×k_p×L_rδ

其中，u’为第一前馈控制分量；k_p为比例控制系数；L_r为转子侧等效电感；δ为双馈风机的漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL_s，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感。

10.根据权利要求9所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述第一控制分量获取单元还包括：

低通滤波模块，用于对所述转子侧电流I_rαβ进行低通滤波，得到次同步电流分量I_rsαβ；

第二比例积分模块，用于对所述次同步电流分量I_rsαβ进行比例积分处理，得到次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ；

限幅模块，用于对所述次同步电流的前馈控制电压u_rsαβ进行限幅处理；

求和模块，用于将经过限幅处理的前馈控制电压u_rsαβ与所述第一前馈控制分量进行求和，获取优化后的第一前馈控制分量。

11.根据权利要求8所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述第二控制分量获取单元具体用于：

根据双馈风机的转子侧等效电阻、转子侧等效电感、漏磁系数及所述转子侧电流I_rαβ，按照下式计算第二前馈控制分量：

U”＝(R_r-jω_rδL_r)×I_rαβ

其中，U”为第二前馈控制分量；R_r为转子侧等效电阻；ω_r为转子转速；δ为漏磁系数，δ＝1-L_m ²/L_rL_s，L_s、L_r、L_m分别为定子侧等效电感、转子侧等效电感和互感。

12.根据权利要求8所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述磁链控制分量获取单元具体用于：

根据定子侧等效电感、定子侧等效电阻、定子侧和转子侧的互感、所述定子侧电流I_sαβ及定子侧电压U_sαβ，按照下式计算定子侧磁链控制分量：

U”’＝(L_m/L_s)×(U_sαβ-R_s I_sαβ-jω_rΨ_sαβ)

其中，U”’为定子侧磁链控制分量；L_m为定子侧和转子侧的互感；L_s为定子侧等效电感；R_s为定子侧等效电阻；ω_r为转子转速；Ψ_sαβ为定子侧磁链。

13.根据权利要求10所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述控制电压计算单元具体用于：

利用下式计算所述转子侧控制电压U_rαβ ^*：

U_rαβ ^*＝U’+U”+U”’

其中，U’为优化后的第一前馈控制分量；U”为第二前馈控制分量；U”’为定子侧磁链控制分量。

14.根据权利要求8所述的抑制串补输电系统次同步谐振的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二转换单元，用于将所述转子侧控制电压U_rαβ ^*从两相静止坐标变换到两相旋转坐标系下的控制信号U_rdq ^*，再送入空间矢量调制单元进行空间矢量调制。