CN109995086B - 风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置 - Google Patents

风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置，该方法包括：将dq同步坐标系的d轴定向于双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；获取双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；对定子三相电压和电网三相电压进行同步控制，得到转子电流第一参考值；对转子电流第一参考值进行延迟处理，得到转子电流第二参考值；构建速率限制环节，获取双馈感应发电机PQ控制模式的转子电流第三参考值；根据转子电流第三参考值和转子电流第二参考值对转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为速率限制环节的输出值。该方法有效地削减双馈感应发电机在进行并网时电流突变对风力发电系统造成的冲击，提高电力设备的使用寿命。

Description

风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置。
背景技术
双馈感应发电机是目前应用最为广泛的风力发电机，在风力发电系统中，风吹动风叶转动，风叶带动电机转动，但由于风速不是一成不变的，时大时小，风叶的转动速度也时快时慢，双馈感应发电机转子通过一套双向功率变换器和电网相连，通过矢量控制技术，双向功率变换器确保发电机在任何转速时都可以在额定电网频率和电网电压条件下发电。
双馈感应发电机具有两种工作状态，分别为离网工作状态和并网工作状态，现有技术中，双馈感应发电机在并网过程时，通常是将离网工作状态直接切换到并网工作状态，这样在并网时很容易发生电流冲击，对风力发电系统造成很大的冲击，影响电器设备的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置，能够实现双馈感应发电机的平滑并网，有效地削减电流突变对风力发电系统造成的冲击，提高电力设备的使用寿命。
本发明实施例提供了一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，包括：
所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值；具体包括：
所述转子目标电流包括转子d轴目标电流和转子q轴目标电流；
判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子d轴电流第二参考值作为所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流；
判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子q轴电流第二参考值作为所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流。
优选地，所述在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值，具体包括：
对所述定子三相电压和所述电网三相电压分别进行clark变换，分别得到定子电压的α轴分量、β轴分量和电网电压的α轴分量、β轴分量；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值。
优选地，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式
Figure GDA0002746381660000031
计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压幅值；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式
Figure GDA0002746381660000032
计算所述电网电压的电压幅值；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述定子电压的电压幅值与所述电网电压的电压幅值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第一参考值。
优选地，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式θ1＝arctan(vαs/vβs),计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压相位；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式θ2＝arctan(vαg/vβg),计算所述电网电压的电压相位；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述电网电压的电压相位与所述电网电压的电压相位进行相减处理后输入积分器，得到所述转子q轴电流第一参考值。
优选地，所述构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值，具体包括：
获取所述定子的无功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第三参考值；
获取所述定子的有功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子q轴电流第三参考值。
优选地，所述对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流，具体包括：
当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子d轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流。
优选地，所述对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流，具体包括：
当所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子q轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流。
优选地，所述速率限制环节还包括一个逻辑输出端；其中，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出0数值，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出1数值。
本发明实施例还提供了一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制装置，包括：
锁相环和派克变换模块，用于所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
电流电压采集模块，用于获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
转子电流第一参考值计算模块，用于在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
转子电流第二参考值计算模块，用于对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
转子电流第三参考值计算模块，用于构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
转子目标电流计算模块，用于根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值；具体包括：
所述转子目标电流包括转子d轴目标电流和转子q轴目标电流；
判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子d轴电流第二参考值作为所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流；
判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子q轴电流第二参考值作为所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法的有益效果在于：所述风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，包括：所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值。该方法通过在定子断路器瞬间闭合时，即所述双馈感应发电机在进行并网过程中，根据转子电流第三参考值和转子电流第二参考值对转子电流第二参考值进行调整，有效地削减电流突变对风力发电系统造成的冲击，使风力发电系统从电压同步控制平滑地向PQ控制切换，同时不会对稳态运行产生影响，提高电力设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种风力发电系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种转子d轴电流第一参考值计算流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种转子q轴电流第一参考值计算流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种速率限制环节电流判断流程示意图；
图6是本发明实施例提供的一种转子d轴目标电流计算流程示意图；
图7是本发明实施例提供的一种转子q轴目标电流计算流程示意图；
图8是本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制装置的结构示意图。
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作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。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种风力发电系统结构示意图，所述风力发电系统包括齿轮箱、双馈感应发电机、双向功率变换器、定子断路器和电网；其中，所述双馈感应发电机包括定子和转子，定子直接和电网连接，而转子通过一套双向功率变换器和电网相连。其中，通过矢量控制技术，双向功率变换器确保发电机在任何转速时都可以在额定电网频率和电网电压条件下发电。
请参阅图2，其是本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法的流程示意图，所述风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，包括：
S100：所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
S200：获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
S300：在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
S400：对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
S500：构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
S600：根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值。
双馈感应发电机一般有两个工作状态，分别为离网工作状态和并网工作状态，在离网工作状态时双馈感应发电机一般采取同步控制，使双馈感应发电机的定子电压和电网电压相等，满足并网条件；当双馈感应发电机进入并网工作状态正常运行时，需要对风力发电系统进行有功和无功控制，简称PQ控制，如果风力发电系统直接从电压同步控制向PQ控制切换，会引起转子电流参考值的突变，对风力发电系统产生较大的冲击，故本实施例通过在双馈感应发电机进行并网阶段时，对转子电流第二参考值进行适当调节，获得转子目标电流，使双馈感应发电机平滑地进入并网工作状态进行PQ控制，有效地削减电流突变对风力发电系统造成的冲击，提高电力设备的使用寿命。
在一种可选的实施例中，S300：在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值，具体包括：
对所述定子三相电压和所述电网三相电压分别进行clark变换，分别得到定子电压的α轴分量、β轴分量和电网电压的α轴分量、β轴分量；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值。
进一步地，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式
Figure GDA0002746381660000101
计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压幅值；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式
Figure GDA0002746381660000102
计算所述电网电压的电压幅值；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述定子电压的电压幅值与所述电网电压的电压幅值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第一参考值。
在本实施例中，请参阅图3，其是发明实施例提供的一种转子d轴电流第一参考值计算流程示意图，图中vas，vbs和vcs是双馈感应风力发电机的定子三相电压，vag，vbg和vcg是的电网三相电压，
Figure GDA0002746381660000103
为所述转子d轴电流第一参考值。
进一步地，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式θ1＝arctan(vαs/vβs),计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压相位；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式θ2＝arctan(vαg/vβg),计算所述电网电压的电压相位；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述电网电压的电压相位与所述电网电压的电压相位进行相减处理后输入积分器，得到所述转子q轴电流第一参考值。
在本实施例中，请参阅图4，其是发明实施例提供的一种转子q轴电流第一参考值计算流程示意图，图中vas，vbs和vcs是双馈感应风力发电机的定子三相电压，vag，vbg和vcg是的电网三相电压，
Figure GDA0002746381660000111
为所述转子q轴电流第一参考值，S为积分器，K为常数。
在一种可选的实施例中，S400：对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值。
在本实施例中，在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，所述转子电流第一参考值进行延迟处理时，所述转子电流第一参考值没有发生变化，故所述转子电流第二参考值与所述转子电流第一参考值相等；其中，所述预设第一延迟时间为一个计算步长。
在一种可选的实施例中，S500：构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值，具体包括：
获取所述定子的无功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第三参考值；
获取所述定子的有功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子q轴电流第三参考值。
在本实施例中，由于所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述双馈感应发电机满足并网条件，所述定子断路器闭合，投入所述构建速率限制环节为获取转子目标电流做准备；其中所述预设第二延迟时间也为一个计算步长。
在一种可选的实施例中，S600：根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值，具体包括：
所述转子目标电流包括转子d轴目标电流和转子q轴目标电流；
判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子d轴电流第二参考值作为所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流；
判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子q轴电流第二参考值作为所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流。
在本实施例中，由于所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，会影响将所述双馈感应发电机并网前计算的转子电流第一参考值，故将获取的转子电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值作为所述速率限制环节的输入端，通过所述速率限制环节实现对转子电流第三参考值与转子d轴电流第二参考值的大小判断，从而对转子d轴电流第二参考值进行合理调节，缩小电压同步控制中产生的转子电流与PQ控制中产生的转子电流之间的差距，使双馈感应发电机平滑进入并网正常运行状态。其中，当所述定子断路器闭合时，投入所述构建速率限制环节，一个计算步长延迟后所述双馈感应发电机由同步控制模式转为PQ控制模式，当所述双馈感应发电机进入并网正常运行状态，所述速率限制环节自动退出。
进一步地，所述对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流，具体包括：
当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子d轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流。
在本实施例中，请参阅图5，其是本发明实施例提供的一种速率限制环节电流判断流程示意图，在图5中，在所述双馈感应发电机并网前，A表示转子电流第一参考值，当所述双馈感应发电机并网后，A表示转子电流第三参考值；B表示转子电流第二参考值；其中所述预设第一阈值可根据实际情况设定，用ε表示；所述第二阈值可是根据实际情况设定，用γ表示；其中，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差大于所述预设第一阈值时，即说明所述转子d轴电流第三参考值大于所述转子d轴电流第二参考值，所述转子d轴电流第二参考值需要增大；控制增大幅度，从而使双馈感应发电机进入并网工作状态进行PQ控制时，削减电流参考量突变对风力发电系统造成的冲击；当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差不大于所述预设第一阈值，即说明所述转子d轴电流第三参考值小于所述转子d轴电流第二参考值，所述转子d轴电流第二参考值需要减小；控制减小幅度，从而使双馈感应发电机进入并网工作状态进行PQ控制时，削减电流突变对风力发电系统造成的冲击。
进一步地，所述对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流，具体包括：
当所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子q轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流。
在本实施例中，获取转子q轴目标电流与获取转子d轴目标电流的原理和带来的有益效果都是一样的，都是为了削减电流突变对风力发电系统造成的冲击。
在一种可选的实施例中，所述速率限制环节还包括一个逻辑输出端；其中，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出0数值，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出1数值。
在本实施例中，在所述速率限制环节设置多一个逻辑输出端，主要是用来控制速率限制环节的自动投入和切除状态。
下面以图6和图7为例对本发明利用所述速率限制环节，获取转子目标电流进行说明：在图6和图7中，Ss为定子断路器的开关状态，定子断路器闭合时Ss＝1，定子断路器断开时Ss＝0；Ss信号经过一个延迟器，延迟一个计算步长和反相器后控制开关S1，其中延时器主要为了使开关S2动作先于开关S1，避免电压同步控制切换到有功功率和无功功率控制时，速度限制环节尚未投入；SS1表示开关S1的状态，SS1＝0时S1切换到下触头，SS1＝1时S1切换到上触头。Ss1和速率限制环节的输出Y经过一个或门，或门输出再和Ss经过一个与门来控制S2的状态。Y的输出取决于速度限制环节的两个输入信号之差的绝对值，绝对值小于ε时Y＝0，绝对值大于ε时Y＝1。设SS2为S2的状态，SS2＝0时S2切换到下触头，SS2＝1时S2切换到上触头。
一开始定子断路器S处于断开状态，Ss＝0，此时SS1＝1，S1上触头接通，定子电压和电网电压处于同步控制环节，SS2＝0，开关S2下触头接通，所述速率限制环节未投入，转子电流第一参考值没有经过所述速率限制环节，直接输出。
当并网条件满足时，即所述定子三相电压和所述电网三相电压相等，定子断路器S闭合，Ss＝1，所述速率限制环节投入运行，此时由于延迟原因，SS1＝1，Y＝0，SS2＝1，S2上触头接通，经过一个计算步长延时后，SS1＝0，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换到有功功率和无功功率控制模式，同时得到所述转子电流第三参考值，然后经过所述速率限制环节获取转子目标电流，再送到电流内环控制；
在投入所述速率限制环节时，当速率限制环节的两个输入端之差的绝对值大于ε时Y＝1，SS2＝1，S2保持上触头接通，其中如果输入端A的电流信号大于输入端B时，输入B端的电流按照给定的第二阈值增加，如果输入端A电流信号小于输入端B时，输入B端的电流按照给定的第二阈值减小；当速率限制环节的两个输入端之差的绝对值小于预设第一阈值ε时Y＝0，SS2＝0，S2下触头接通，速率限制环节自动切除，重新获取的转子电流第一参考值直接输出，表示转子电流第二参考值调节结束，双馈感应发电机进入正常运行。
请参阅图8，其是本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制装置的结构示意图，所述风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制装置，包括：
锁相环和派克变换模块1，用于所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
电流电压采集模块2，用于获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
转子电流第一参考值计算模块3，用于在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
转子电流第二参考值计算模块4，用于对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
转子电流第三参考值计算模块5，用于构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
转子目标电流计算模块6，用于根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法的有益效果在于：所述风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，包括：所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值。该方法通过在定子断路器瞬间闭合时，即所述双馈感应发电机在进行并网过程中，根据转子电流第三参考值和转子电流第二参考值对转子电流第二参考值进行调整，有效地削减电流突变对风力发电系统造成的冲击，使风力发电系统从电压同步控制平滑地向PQ控制切换，同时不会对稳态运行产生影响，提高电力设备的使用寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，包括：
所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值，对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值；具体包括：
所述转子目标电流包括转子d轴目标电流和转子q轴目标电流；
判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子d轴电流第二参考值作为所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流；
判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子q轴电流第二参考值作为所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流。
2.如权利要求1所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值，具体包括：
对所述定子三相电压和所述电网三相电压分别进行clark变换，分别得到定子电压的α轴分量、β轴分量和电网电压的α轴分量、β轴分量；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值；
对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值。
3.如权利要求2所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第一运算，得到所述转子d轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002746381650000021
计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压幅值；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式
Figure FDA0002746381650000031
计算所述电网电压的电压幅值；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述定子电压的电压幅值与所述电网电压的电压幅值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第一参考值。
4.如权利要求2所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述对所述定子电压的α轴分量、β轴分量和所述电网电压的α轴分量、β轴分量进行预设第二运算，得到所述转子q轴电流第一参考值，具体包括：
根据公式θ1＝arctan(vαs/vβs),计算所述双馈感应发电机的定子电压的电压相位；
其中，vαs为所述定子电压的α轴分量，vβs为所述定子电压的β轴分量；
根据公式θ2＝arctan(vαg/vβg),计算所述电网电压的电压相位；
其中，vαg为所述电网电压的α轴分量，vβg为所述电网电压的β轴分量；
将所述电网电压的电压相位与所述电网电压的电压相位进行相减处理后输入积分器，得到所述转子q轴电流第一参考值。
5.如权利要求2所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值，具体包括：
获取所述定子的无功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子d轴电流第三参考值；
获取所述定子的有功功率指令值和测量值，并将所述指令值和所述测量值进行相减处理后输入PI环，得到所述转子q轴电流第三参考值。
6.如权利要求1所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流，具体包括：
当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子d轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子d轴目标电流。
7.如权利要求6所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流，具体包括：
当所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差是否大于所述预设第一阈值；
若是，对所述转子q轴电流第二参考值做增加第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值做减小第二阈值处理，得到所述转子q轴目标电流。
8.如权利要求7所述的风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法，其特征在于，所述速率限制环节还包括一个逻辑输出端；其中，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出0数值，当所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值不小于所述预设第一阈值时，所述逻辑输出端输出1数值。
9.一种风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制装置，其特征在于，包括：
锁相环和派克变换模块，用于所述双馈感应发电机包括转子和定子，将dq同步坐标系的d轴定向于所述双馈感应发电机的定子磁链矢量方向；其中，所述风力发电系统包括定子断路器；
电流电压采集模块，用于获取所述双馈感应发电机的定子三相电压和电网三相电压；
转子电流第一参考值计算模块，用于在所述双馈感应发电机并网前，即所述定子断路器断开时，对所述定子三相电压和所述电网三相电压进行同步控制，使所述定子三相电压和所述电网三相电压相等,得到转子电流第一参考值；其中,所述转子电流第一参考值包括转子d轴电流第一参考值和转子q轴电流第一参考值；
转子电流第二参考值计算模块，用于对所述转子电流第一参考值进行预设第一延迟时间处理，得到转子电流第二参考值；其中，所述转子电流第二参考值包括转子d轴电流第二参考值和转子q轴电流第二参考值；
转子电流第三参考值计算模块，用于构建速率限制环节，在所述定子三相电压和所述电网三相电压相等时，所述定子断路器闭合，所述双馈感应发电机进入并网阶段，经过预设第二延迟时间后，所述双馈感应发电机由同步控制模式切换为PQ控制模式，得到转子电流第三参考值；其中，所述转子电流第三参考值包括转子d轴电流第三参考值和转子q轴电流第三参考值；
转子目标电流计算模块，用于根据所述转子电流第三参考值和所述转子电流第二参考值对所述转子电流第二参考值进行调整，得到转子目标电流作为所述速率限制环节的输出值，具体包括：
所述转子目标电流包括转子d轴目标电流和转子q轴目标电流；
判断所述转子d轴电流第三参考值与所述转子d轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子d轴电流第二参考值作为所述转子d轴目标电流，若否，对所述转子d轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子d轴目标电流；
判断所述转子q轴电流第三参考值与所述转子q轴电流第二参考值之差的绝对值是否小于预设第一阈值；
若是，将所述转子q轴电流第二参考值作为所述转子q轴目标电流，若否，对所述转子q轴电流第二参考值进行调整，得到所述转子q轴目标电流。
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