CN109617474A - 一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置 - Google Patents

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CN109617474A CN201811593870.9A CN201811593870A CN109617474A CN 109617474 A CN109617474 A CN 109617474A CN 201811593870 A CN201811593870 A CN 201811593870A CN 109617474 A CN109617474 A CN 109617474A
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Abstract

本发明提供的一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置，通过获取定子电压的负序分量，计算出转子侧的去磁电流，并将去磁电流前馈补偿到转子电流的电流给定值，以此来减小定子负序磁链，从而达到减小转子侧感应电动势，防止转子侧电流控制器因饱和而失控的目的。本发明采用的控制策略结构简单，工程上容易实现。在转子侧注入的去磁电流随着定子电压中负序分量的增加而增加，可以有效的降低负序磁链在转子侧感应出的感应电动势，这样，即使电网电压发生深度不对称故障，转子侧电流控制器也不会因为饱和而失控。

Description

一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置。
背景技术
对于双馈风力发电系统，当电网电压发生不对称跌落故障时，定子磁链会产生负序分量，并在双馈发电机的转子回路产生很大的感应电动势，这个感应电动势在电网电压同步坐标系内，表现为2倍电网电压频率的正弦扰动量。传统的PI控制策略无法有效抑制正弦扰动量，因此，转子电流会剧烈波动，甚至过流，严重时会烧毁转子侧逆变器。
现有的不平衡电网电压下的转子侧的变流器控制方法需要进行多次坐标变换，以及多个电流内环，系统结构比较复杂，且在电网电压不平衡度较高时，定子磁链中的负序分量影响转子磁链，从而在转子侧产生较高的感应电动势，当转子侧的感应电动势超出转子侧变流器的控制能力范围时，转子侧逆变器会失控，从而导致转子侧过流甚至烧毁转子侧逆变器。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置，以减小定子磁链中的负序分量对转子磁链的影响，进而达到减小转子侧感应电动势，防止转子侧电流逆变器因饱和而失控的目的。
第一方面，本发明实施例提供了一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，包括：获取定子电压的负序分量；根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量；将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
进一步地，所述获取定子电压的负序分量的步骤包括：提取负序坐标系下的电网电压的负序分量将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
进一步地，所述根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量的步骤包括：根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量；将所述负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
进一步地，所述根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq的步骤包括：将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；将补偿后的转子电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
进一步地，所述方法还包括：根据获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq驱动转子侧变流器。
第二方面，本发明实施例提供了一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，所述装置包括：提取模块，用于获取定子电压的负序分量；第一计算模块，用于根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量；第二计算模块，用于根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
进一步地，所述提取模块包括：提取单元，用于提取负序坐标系下的电网电压的负序分量转换单元，用于将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
进一步地，所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量；第二计算单元，用于将所述负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
进一步地，所述第二计算模块包括：求和单元，用于将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；生成单元，用于将补偿后的转子电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
进一步地，所述装置还包括驱动模块，用于根据计算获得的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq产生驱动信号，以驱动转子侧的变流器。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置，通过获取定子电压的负序分量，计算出转子侧的去磁电流，并将去磁电流前馈补偿到转子电流的电流给定值，以此来减小定子负序磁链，从而达到减小转子侧感应电动势，防止转子侧电流控制器因饱和而失控的目的。本发明采用的控制策略结构简单，工程上容易实现。通过在转子侧注入的去磁电流随着定子电压中负序分量的增加而增加，可以有效的降低负序磁链在转子侧感应出的感应电动势，这样，即使电网电压发生深度不对称故障，转子侧电流控制器也不会因为饱和而失控，避免损坏转子侧逆变器。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明所提供的一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法的流程图。
图2示出了步骤S10的子步骤流程图。
图3示出了利用锁相环分离电网电压的负序分量的示意图。
图4示出了步骤S20的子步骤流程图。
图5示出了步骤S30的子步骤流程图。
图6示出了现有技术采用的转子电流环的示意图。
图7示出了本实施例提供的转子电流环的示意图。
图8示出了不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置的功能模块示意图。
图9示出了提取模块的功能单元示意图。
图10示出了第一计算模块的功能单元示意图。
图11示出了第二计算模块的功能单元示意图。
图标：200-不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置；210-提取模块；211-提取单元；212-转换单元；220-第一计算模块；221-第一计算单元；222-第二计算单元；230-第二计算模块；231-求和单元；232-生成单元；240-驱动模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例通过减小定子磁链中的负序分量对转子磁链的影响，进而达到减小转子侧感应电动势，避免转子侧逆变器会失控，从而导致转子侧过流甚至烧毁转子侧逆变器。
转子磁链与定子磁链的存在以下关系：
Ψr＝(Lm/Ls)*Ψs+σLrir (1)
式中，Ψr为转子磁链，Ψs为定子磁链，Lm是互感，Ls是定子自感，Lr是转子自感。ir是转子电流，是漏磁系数。
由此可知，可以通过注入一个与定子磁链相反的转子电流来减小定子磁链：
ir＝-kd*Ψs (2)
由公式(2)可知，通过调节增益kd可以达到减小定子磁链的作用。
在负序坐标系下，定子磁链负序分量与定子电压负序分量的关系如公式(3)、公式(4)所示：
式中，为负序电压的同步角速度。
根据公式(2)、公式(3)、公式(4)可得，负序坐标系下，转子电流补偿值为：
将转换到正序坐标系内，即可得到正序坐标系内的转子电流前馈值
基于以上分析，当电网电压不平衡时，提取定子电压中的负序分量，并分解到负序坐标系内，得到根据公式(5)、公式(6)求出负序坐标系下的转子电流前馈补偿量，再将其转换到正序坐标系内，得到正序坐标系下2倍频转子电流前馈补偿量
转子DQ电流的控制器采用PIR控制器，其中R控制器的谐振频率设定为2倍电网电压频率，以此来跟踪转子电流环2倍频的给定值，抑制转子电流环2倍频的扰动量。
第一实施例
本实施例提供了一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，请参阅图1，图1示出了本实施例提供的不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法的流程图。
于本实施例中，不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法包括步骤S10～S40。
步骤S10：获取定子电压的负序分量。
提取负序坐标系下，定子电压的负序分量，通过定子电压的负序分量，分解到坐标系内可以得出得到
于本实施例中，采用电网电压定向的方式，由于并网后，定子电压与电网电压相等，因此负序坐标系下的定子负序分量等于电网电压的负序分量，且负序坐标系下旋转的角速度ω1＝-ω，其中ω是电网电压的角速度。
请参阅图2，可选地，于本实施例中，步骤S10包括子步骤S101～S102。
步骤S101：提取负序坐标系下的电网电压的负序分量
于本实施例中，可以利用PLL锁相环分离出电网电压的负序分量。
请参阅图3，图3示出了利用锁相环分离电网电压的负序分量的示意图。
对电网电压UAB、UBC、UCA进行一次clark变换，将ABC变换到静止的αβ坐标系中，分别得到Uα、Uβ。
对Uα、Uβ进行park变换，将Uα、Uβ投影到旋转的正序DQ坐标系下，并减去负序分量得到电网电压DQ坐标系下的正序分量将Uα、Uβ投影到旋转的负序DQ坐标系下，并减去正序分量得到电网电压负序DQ坐标系下的负序分量
根据公式：
以及：
计算分离出电网电压的负序分量和
步骤S102：将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
于本实施例中，由于并网后，定子电压与电网电压相等，所以负序坐标系下的定子电压负序分量等于电网电压的负序分量。即：
步骤S20：根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量。
将负序坐标系下的定子电压的负序分量，转换为正序坐标系下的转子电流的前馈补偿量。于本实施例中，步骤S20包括子步骤S201～S202，请参阅图4。
步骤S201：根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
根据公式将公式(5)、公式(6)进行转换，得到公式(7)、公式(8)。
根据公式(7)、公式(8)以及步骤S10的计算得到的计算得出负序坐标系下的转子电流前馈补偿量
步骤S202：将负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
正序坐标系与负序坐标系的夹角为电网电压角度的2倍，于本实施例中，电网电压的角度为θ，正序坐标系与负序坐标系的夹角为电网电压角度的2倍，即是2θ。
根据公式(9)、公式(10)：
以及步骤S201计算得到的计算得到D轴上的转子电流前馈补偿量以及Q轴上的转子电流前馈补偿量
步骤S30：根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
将计算获得的转子电流前馈补偿量与转子电流给定值进行求和，通过转子电流前馈补偿量对定子磁链的负序分量进行去磁，从而防止负序磁链在转子侧感应出过大的感应电动势，导致转子侧控制器因饱和而失控。
请参阅图5，于本实施例中，可选地，步骤S30包括以下子步骤：S301～S302。
步骤S301：将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加。
将转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加，所述转子电流前馈补偿量作为去磁电流，可以有效地降低定子负序磁链，进而减小负序磁链在转子侧感应出的感应电动势。
步骤S302：将获得的补偿后的电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
于本实施例中，将补偿后的转子电流经过转子电流环，得到控制电压。请参阅图6和图7，图6示出了现有技术采用的转子电流环的示意图。图7示出了本实施例提供的转子电流环的示意图。转子DQ电流的控制器采用PIR控制器，其中，R控制器的谐振频率设定为2倍电网电压的频率。
步骤S40：根据获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq驱动转子侧变流器。
根据计算获得的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq产生驱动信号，以驱动转子侧的变流器。
第二实施例
本实施例提供了一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置200，请参阅图8，不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置200包括：提取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230及驱动模块240。
提取模块210，用于获取定子电压的负序分量。提取负序坐标系下，定子电压的负序分量，通过定子电压的负序分量，分解到坐标系内可以得出得到
请参阅图9，于本实施例中，可选地，所述提取模块210包括：
提取单元211，用于提取负序坐标系下的电网电压的负序分量于本实施例中，可以利用PLL锁相环分离出电网电压的负序分量。
转换单元212，用于将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
第一计算模块220，用于根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量。
将负序坐标系下的定子电压的负序分量，转换为正序坐标系下的转子电流的前馈补偿量。
请参阅图10，于本实施例中，可选地，第一计算模块220包括：
第一计算单元221，用于根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量；
第二计算单元222，用于将所述负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
第二计算模块230，用于根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
将计算获得的转子电流前馈补偿量与转子电流给定值进行求和，通过转子电流前馈补偿量对定子磁链的负序分量进行去磁，从而防止负序磁链在转子侧感应出过大的感应电动势导致转子侧控制器因饱和而失控。
请参阅图11，于本实施例中，可选地，第二计算模块230包括：
求和单元，用于将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；
生成单元232，用于将补偿后的转子电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
于本实施例中，不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置200还包括驱动模块240，用于根据计算获得的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq产生驱动信号，以驱动转子侧的变流器。
综上所述，本发明提供的一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法及装置，通过获取定子电压的负序分量，计算出转子侧的去磁电流，并将去磁电流前馈补偿到转子电流的电流给定值，以此来减小定子负序磁链，从而达到减小转子侧感应电动势，防止转子侧电流控制器因饱和而失控的目的。本发明采用的控制策略结构简单，工程上容易实现。在转子侧注入的去磁电流随着定子电压中负序分量的增加而增加，可以有效的降低负序磁链在转子侧感应出的感应电动势，这样，即使电网电压发生深度不对称故障，转子侧电流控制器也不会因为饱和而失控。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取定子电压的负序分量；
根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量；
根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
2.如权利要求1所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，其特征在于，所述获取定子电压的负序分量的步骤包括：
提取负序坐标系下的电网电压的负序分量
将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
3.如权利要求1所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，其特征在于，所述根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量的步骤包括：
根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量；
将所述负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
4.如权利要求1所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，其特征在于，所述根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq的步骤包括：
将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；
将补偿后的转子电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
5.如权利要求1所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq驱动转子侧变流器。
6.一种不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，其特征在于，所述装置包括：
提取模块，用于获取定子电压的负序分量；
第一计算模块，用于根据所述定子电压的负序分量计算获得转子电流前馈补偿量；
第二计算模块，用于根据所述转子电流前馈补偿量计算获得转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
7.如权利要求6所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，其特征在于，所述提取模块包括：
提取单元，用于提取负序坐标系下的电网电压的负序分量
转换单元，用于将负序坐标系下的电网电压的负序分量转换为负序坐标系下的定子电压负序分量
8.如权利要求6所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于根据定子电压的负序分量计算获得负序坐标系下的转子电流前馈补偿量；
第二计算单元，用于将所述负序坐标系下的转子电流前馈补偿量转换为正序坐标系下的转子电流前馈补偿量。
9.如权利要求6所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
求和单元，用于将所述转子电流前馈补偿量与转子电流给定值相加；
生成单元，用于将补偿后的转子电流通过PIR调节以得到转子的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq。
10.如权利要求6所述的不平衡电网电压下变流器转子侧控制装置，其特征在于，所述装置还包括驱动模块，用于根据计算获得的D轴控制电压Vrd及Q轴控制电压Vrq产生驱动信号，以驱动转子侧的变流器。
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郑飘飘: "不平衡电网下DFIG的低电压穿越控制方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

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