CN110198034B - 变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组。该方法包括：根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；根据q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动变流器中的IGBT的PWM信号，以调整变流器输出的无功功率。采用本发明实施例中的技术方案，能够提高变流器无功功率的控制精度。

Description

变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组。
背景技术
风力发电机组发电量需要通过变流器并入电网中。为使风力发电机组的发电量成功并入电网，电网靠近风力发电机组的一端设置有升压变压器等功率消耗器件，这些功率器件的工作需要消耗一定的无功功率，也就是未能够并入电网的无功功率。目前，风力发电机组并网标准规定：风力发电机组的变流器应能发出一定的无功功率，以使风力发电机组能够并网成功。
现有技术中，变流器主要采用开环方式的无功功率控制方法，即为变流器预设无功电流给定值，根据预设的无功电流给定值使变流器输出相应的无功功率。
但是，本申请的发明人发现，现有技术中的开环方式比较单一，无法适应并网过程中电网电压的变化，导致变流器无功功率的控制精度较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组，能够提高变流器无功功率的控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种变流器无功功率的控制方法，变流器包括相连的逆变器和滤波器，该方法包括：
根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；
根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；
根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；
根据q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动变流器中的IGBT的PWM信号，以调整变流器输出的无功功率。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值，包括：计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；计算三相电压反馈信号中各相位的电压有效值；根据各相位的电压有效值、滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；根据无功功率给定值、滤波器网侧的无功功率反馈值和d轴电压正序分量，得到第一q轴电流给定值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量，包括：对三相电压反馈信号进行锁相处理，得到相位角；根据相位角得到三相电压反馈信号的d轴电压正序分量。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值，包括：计算三相电压反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量；计算滤波器网侧的三相电流反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；根据α轴电压分量、β轴电压分量、α轴电流分量和β轴电流分量，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；根据无功功率给定值和滤波器网侧的无功功率反馈值，得到第二q轴电流给定值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值，包括：根据第一q轴电流给定值和第二q轴电流给定值，得到第三q轴电流给定值；计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的q轴电流正序分量；计算三相电压反馈信号的q轴电压正序分量；根据第三q轴电流给定值、q轴电流正序分量和q轴电压正序分量，得到q轴电压给定值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，在根据q轴电压给定值和d轴电压给定值的步骤之前，该方法还包括：根据直流母线电压给定值和直流母线电压反馈值，得到d轴电流给定值；计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的d轴电流正序分量；计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；根据d轴电流给定值、d轴电流正序分量和d轴电压正序分量，得到d轴电压给定值。
第二方面，本发明实施例提供一种变流器无功功率的控制装置，该变流器包括相连的逆变器和滤波器，该装置包括：
解算模块，用于根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；
第一调节模块，用于根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；
第二调节模块，用于根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；
控制模块，用于根据q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动变流器中的IGBT的PWM信号，以调整变流器输出的无功功率。
在第二方面的一种可能的实施方式中，解算模块包括：第一计算单元，用于计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；第二计算单元，用于计算三相电压反馈信号中各相位的电压有效值；第三计算单元，用于根据各相位的电压有效值、滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；第四计算单元，用于根据无功功率给定值、滤波器网侧的无功功率反馈值和d轴电压正序分量，得到第一q轴电流给定值。
在第二方面的一种可能的实施方式中，第一计算单元包括：锁相环，用于对三相电压反馈信号进行锁相处理，得到相位角；换算子单元，用于根据相位角得到三相电压反馈信号的d轴电压正序分量。
在第二方面的一种可能的实施方式中，第一调节模块包括：第四计算单元，用于计算三相电压反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量；第五计算单元，用于计算滤波器网侧的三相电流反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；第六计算单元，用于根据α轴电压分量、β轴电压分量、α轴电流分量和β轴电流分量，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；无功功率调节器，用于根据无功功率给定值和滤波器网侧的无功功率反馈值，得到第二q轴电流给定值。
在第二方面的一种可能的实施方式中，第二调节模块包括：第七计算单元，用于根据第一q轴电流给定值和第二q轴电流给定值，得到第三q轴电流给定值；第八计算单元，用于计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的q轴电流正序分量；第九计算单元，用于计算三相电压反馈信号的q轴电压正序分量；q轴电流调节器，用于根据第三q轴电流给定值、q轴电流正序分量和q轴电压正序分量，得到q轴电压给定值。
在第二方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括第三调节模块，第三调节模块包括：直流母线电压调节器，用于根据直流母线电压给定值和直流母线电压反馈值，得到d轴电流给定值；第十计算单元，用于计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的d轴电流正序分量；第十一计算单元，用于计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；d轴电流调节器，用于根据d轴电流给定值、d轴电流正序分量和d轴电压正序分量，得到d轴电压给定值。
在第二方面的一种可能的实施方式中，变流器无功功率的控制装置设置在变流器控制器中。
第三方面，本发明实施例提供一种风力发电机组，该风力发电机组设置有如上所述的变流器无功功率的控制装置。
根据本发明的实施例，为调整变流器输出的无功功率，可以根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；然后根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；接着根据上述q轴电压给定值和d轴电流给定值，就能够得到用于驱动IGBT的PWM信号。
由于本发明实施例中的无功功率控制方法除了考虑预设的无功功率给定值以外，还结合了基于滤波器网侧的三相电压反馈信号、滤波器网侧的三相电流反馈信号、逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号得到的对无功功率的输出反馈，因此，只需要根据上述无功功率的输出反馈和预设的无功功率给定值对变流器进行无功功率控制，就能够实现对变流器无功功率的闭环控制，从而能够提高变流器无功功率的控制精度。
此外，由于本发明实施例考虑了两个方面的q轴电流给定，第一方面为基于滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；第二方面为基于滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值，也就是说，本发明实施例中的无功功率控制方法采用了两套闭环控制算法，与仅有一套闭环控制算法相比，能够进一步提高变流器无功功率的控制精度。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明实施例提供的风力发电机组的并网结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图；
图5为本发明第三实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图；
图6为本发明第四实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图；
图7为本发明第五实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图；
图8为本发明另一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图；
图9为本发明又一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图。
附图标记说明：
101-风力发电机组；102-整流器；103-变流器；
1031-IGBT组件(IGBT)；1032-滤波器；10321-电抗器；
10322-电容器；1033-断路开关；301-锁相环；
302-第一dq换算器；303-解算器；
304-三相-两相电压坐标换算器；
305-三相-两相电流坐标换算器；306-无功功率计算器；
307-无功功率调节器；308-第二dq换算器；
309-q轴电流调节器；310-直流母线电压调节器；
311-d轴电流调节器；312-调制信号发生器；
具体实施方式
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。
本发明实施例提供一种变流器无功功率控制方法和装置、风力发电机组。采用本发明实施例中的技术方案，能够实现对变流器无功功率的闭环控制，从而能够提高变流器无功功率的控制精度。
需要说明的是，本发明实施例中变流器无功功率控制方法和装置，适用于各种类型的风力发电机组，包括直驱式风力发电机组(比如，永磁直驱风力发电机组)和非直驱式风力发电机组。
图1为本发明实施例提供的风力发电机组的并网结构示意图。如图1所示，风力发电机组和电网之间设置有变流器，变流器从机侧到网侧依次包括整流器102、逆变器103和滤波器1032。
其中，整流器102用于对风力发电机组101发电产生的三相交流电进行整流，逆变器103用于将整流后的直流电重新转换为三相交流电并入电网。
如图1所示，变流器中还包括IGBT组件1031(简称为IGBT)。IGBT组件1031也称为功率模块，用于具体执行将直流电转换为三相交流的操作。
滤波器用于产生无功功率。在一个可选实施例中，滤波器1032可以为谐波滤波器，该谐波滤波器由多组电容和电感并联组成，能够产生容性无功功率。
图1中还示出了位于整流器102和逆变器103之间的采样点S1和位于逆变器103和滤波器1032之间的采样点S2。其中，从采样点S1可以采集直流母线电压信号Udc；从采样点S2可以采集到三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)；
图1中还示出了位于滤波器1032网侧的两个采样点，分别为采样点S3和采样点S4，其中，采样点S3为滤波器1032和风力发电机组的断路开关1033之间，采样点S4位于断路开关1033和电网之间(也称为风力发电机组并网点)。由于滤波器1032网侧至电网之间的线路均为母排连接，电势差接近于0，因此，采样点S3和采样点S4可以近似看作等势点，即可以从采样点S3或采样点S4采集滤波器1032网侧的三相电流信号(Ia1，Ib1，Ic1)，也可以从采样点S3或采样点S4采集滤波器1032网侧的三相电压信号Ua，Ub，Uc)。
在一个可选实施例中，参阅图1中，若滤波器1032的类型为LC谐波滤波器，该谐波滤波器包括对应于三个相位的电抗器10321和电容器10322，电抗器10321在每个相位线路上串联连接，电容器10322在相邻相位之间并联连接，由于并入电网的电压在电抗器的网侧基本为等电势，因此，还可以从电抗器10321和电容器10322之间的采样点采集滤波器1032网侧的三相电压信号(Ua，Ub，Uc)。
在一个可选实施例中，可以在电流采样点处集成电流传感器，以实现电流采样，并在电压采样点处集成电压传感器，以实现电压采样。
图2为本发明第一实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图。如图2所示，该变流器无功功率的控制方法包括步骤201至步骤205。
在步骤201中，根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)，解算得到第一q轴电流给定值。
在步骤202中，根据无功功率给定值、三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)和滤波器网侧的三相电流反馈信号(Ia1，Ib1，Ic1)，得到第二q轴电流给定值。
在步骤203中，根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值，得到q轴电压给定值。
在一个可选实施例中，在得到第三q轴电流给定值之后，可以根据第三q轴电流给定值、逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)和三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)得到q轴电压给定值。也可以依据其他现有的方式得到q轴电压给定值，此处不进行限定。
在步骤204中，根据q轴电压给定值和d轴电流给定值，得到用于驱动IGBT的PWM信号，以调整变流器输出的无功功率。
根据本发明的实施例，为调整变流器输出的无功功率，可以根据无功功率给定值和滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；根据无功功率给定值、三相电压反馈信号和滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；然后根据第一q轴电流给定值以及第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；接着根据上述q轴电压给定值和d轴电流给定值，就能够得到用于驱动IGBT的PWM信号。
由于本发明实施例中的无功功率控制方法除了考虑预设的无功功率给定值以外，还结合了基于滤波器网侧的三相电压反馈信号、滤波器网侧的三相电流反馈信号、逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号得到的对无功功率的输出反馈，因此，只需要根据上述无功功率的输出反馈和预设的无功功率给定值对变流器进行无功功率控制，就能够实现对变流器无功功率的闭环控制，从而能够提高变流器无功功率的控制精度。
此外，由于本发明实施例考虑了两个方面的q轴电流给定，第一方面为基于滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；第二方面为基于滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值，也就是说，本发明实施例中的无功功率控制方法采用了两套闭环控制算法，与仅有一套闭环控制算法相比，能够进一步提高变流器无功功率的控制精度。
图3为本发明一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图。图3中示出了变流器无功功率的控制装置的元器件构成及各元器件之间的连接关系。
图3中示出的元器件包括：锁相环301、第一dq换算器302、解算器303、三相-两相电压坐标换算器304、三相-两相电流坐标换算器305、无功功率计算器306、无功功率调节器307、第二dq换算器308、q轴电流调节器209、直流母线电压调节器310、D轴电流调节器311和调制信号发生器312。
图4为本发明第二实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图。图4与图2的不同之处在于，图2中的步骤201可细化为图4中的步骤2011至步骤2014。
在步骤2011中，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的d轴电压正序分量。
具体地，可以根据对三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)进行锁相处理，得到相位角；根据相位角得到三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的d轴电压正序分量。
在步骤2012中，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)中各相位的电压有效值。
在步骤2013中，根据各相位的电压有效值、滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到滤波器网侧的无功功率反馈值。
在步骤2014中，根据无功功率给定值、滤波器网侧的无功功率反馈值和q轴电压正序分量，得到第一q轴电流给定值。
下面结合图3对图4中的步骤2011至步骤2014进行详细举例说明。
设无功功率给定值为Q*，滤波器网侧三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)。
(1)利用图3中的锁相环301对三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)进行锁相处理，得到并网点电压的相位角θ；
(2)利用图3中的第一dq换算器302，基于相位角θ对三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下的d轴电压正序分量
Figure GDA0002566521080000101
(3)计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)中各相位的电压有效值(Ua_rms，Ub_rms，Uc_rms)；
(4)计算滤波器网侧的无功功率反馈值Qc：
Figure GDA0002566521080000102
其中，Ua_rms，Ub_rms和Uc_rms分别为各相位的电压有效值、Ca，Cb和Cc分别为滤波器中对应于各相位的电容器的容值，f为电网电压频率。
(5)计算第一q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000103
Figure GDA0002566521080000104
设第K个采样周期的无功功率给定值为Q*(k)，第K个采样周期的滤波器网侧的无功功率反馈值为Qc(k)，第K个采样周期的d轴电压正序分量
Figure GDA0002566521080000105
则第K个采样周期的第一q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000106
为：
Figure GDA0002566521080000107
需要说明的是，该示例中的步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)均可以由图3中的解算器303来完成。
图5为本发明第三实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图。图5与图2的不同之处在于，图2中的步骤202可细化为图5中的步骤2021至步骤2024。
在步骤2021中，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量。
在步骤2022中，计算滤波器网侧的三相电流反馈信号(Ia1，Ib1，Ic1)的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量。
在步骤2023中，根据α轴电压分量、β轴电压分量、α轴电流分量和β轴电流分量，得到滤波器网侧的无功功率反馈值。
在步骤2024中，根据无功功率给定值和滤波器网侧的无功功率反馈值，得到第二q轴电流给定值。
在一个可选实施例中，可以对滤波器网侧的无功功率反馈值进行滤波处理，根据无功功率给定值和滤波处理后的无功功率反馈值，得到第二q轴电流给定值。
下面结合图3对图5中的步骤2021至步骤2024进行详细举例说明。
(1)利用图3中的三相(a,b,c)-两相(α,β)电压坐标换算器304，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的两相静止坐标系下的α轴电压分量Uα和β轴电压分量Uβ：
Figure GDA0002566521080000111
Figure GDA0002566521080000112
其中，C3/2为三相(a,b,c)-两相(α,β)的坐标变化矩阵。
(2)利用图3中的三相(a,b,c)-两相(α,β)电流坐标换算器305，计算滤波器网侧的三相电流反馈信号(Ia1，Ib1，Ic1)的两相静止坐标系下的α轴电流分量Iα和β轴电流分量Iβ：
Figure GDA0002566521080000113
其中，C3/2为三相(a,b,c)-两相(α,β)的坐标变化矩阵(请参见公式(5))。
(3)利用图3中的无功功率计算器306计算滤波器网侧的无功功率反馈值Qf：
Qf＝Uβ×Iα-Uα×Iβ (7)
在一个可选实施例中，也可以对滤波器网侧的无功功率反馈值Qf进行滤波处理，以提高无功功率反馈值的准确度。
(4)利用图3中的无功功率调节器307得到第二q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000121
其中，无功功率调节器307可以是PI(比例-积分)调节器或者PID(比例-积分-微分)调节器。以PI调节器为例，第二q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000122
的求解原理为：
Qerr(k)＝Q*(k)-Qf(k) (8)
Figure GDA0002566521080000123
Figure GDA0002566521080000124
其中，Qerr(k)为第k个采样周期的无功功率偏差；Q*(k)为第k个采样周期的无功功率给定值，Qf(k)为第k个采样周期的无功功率计算值，
Figure GDA0002566521080000125
为第k个采样周期的无功功率给定值增量，kp为PI调节器的比例调节值，ki为PI调节器的积分调节值，
Figure GDA0002566521080000126
为第k个采样周期的第二q轴电流给定值。
图6为本发明第四实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图。图6与图2的不同之处在于，图2中的步骤203可细化为图6中的步骤2031至步骤2034。
在步骤2031中，根据第一q轴电流给定值和第二q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000127
得到第三q轴电流给定值。
在步骤2032中，计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)的q轴电流正序分量。
在步骤2033中，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的q轴电压正序分量。
在步骤2034中，根据第三q轴电流给定值、q轴电流正序分量和q轴电压正序分量，得到q轴电压给定值。
下面结合图3对图6中的步骤2031至步骤2034进行详细举例说明。
(1)计算第一q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000131
和第二q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000132
的和值的
Figure GDA0002566521080000133
(2)利用图3中的第二dq换算器308，基于相位角θ对三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)进行dq坐标换算，得到q轴电流正序分量
Figure GDA0002566521080000134
(3)利用图3中的第一dq换算器302，基于相位角θ对三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)进行dq坐标换算，得到q轴电压正序分量
Figure GDA0002566521080000135
(4)还利用图3中的q轴电流调节器209，根据第一q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000136
和第二q轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000137
的和值
Figure GDA0002566521080000138
q轴电流正序分量
Figure GDA0002566521080000139
和q轴电压正序分量
Figure GDA00025665210800001310
得到q轴电压给定值
Figure GDA00025665210800001311
图7为本发明第五实施例提供的变流器无功功率的控制方法的流程示意图。图7与图2的不同之处在于，图2中的步骤203之后，该方法还可以包括图7中的步骤2071至步骤2074。
在步骤2071中，根据直流母线电压给定值和直流母线电压反馈值，得到d轴电流给定值。
在步骤2072中，计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)的d轴电流正序分量。
在步骤2073中，计算三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)的d轴电压正序分量。
在步骤2074中，根据d轴电流给定值、d轴电流正序分量和d轴电压正序分量，得到d轴电压给定值。
下面结合图3对图7中的步骤2041至步骤2044进行详细举例说明。
(1)利用图3中的直流母线电压调节器310，根据直流母线电压给定值Udc*和直流母线电压Udc，得到d轴电流给定值
Figure GDA00025665210800001312
(2)利用图3中的第二派克换算器308，基于相位角θ对三相电流反馈信号(Ia2，Ib2，Ic2)进行dq坐标换算，得d轴电流正序分量
Figure GDA00025665210800001313
(3)利用图3中的第一派克换算器302，基于相位角θ对三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)进行dq坐标换算，得到d轴电压正序分量
Figure GDA00025665210800001314
(4)利用图3中的D轴电流调节器，根据d轴电流给定值、d轴电流正序分量和d轴电压正序分量，得到d轴电压给定值
Figure GDA0002566521080000141
d轴电流正序分量
Figure GDA0002566521080000142
和d轴电压正序分量
Figure GDA0002566521080000143
得到d轴电压给定值
Figure GDA0002566521080000144
其中，直流母线电压调节器310可以是PI(比例-积分)调节器或者PID(比例-积分-微分)调节器。以PI调节器为例，d轴电流给定值
Figure GDA0002566521080000145
的求解原理为：
Figure GDA0002566521080000146
Figure GDA0002566521080000147
Figure GDA0002566521080000148
其中，UDC_err(k)为第k个采样周期的直流母线电压偏差值；
Figure GDA0002566521080000149
为第k个采样周期的直流母线电压给定值，UDC(k)为第k个采样周期的直流母线电压采样值，
Figure GDA00025665210800001410
为第k个采样周期的有功电流给定值增量，kp为PI调节器的比例调节值，ki为PI调节器的积分调节值，
Figure GDA00025665210800001411
为第k个采样周期的有功电流给定值。
根据本发明的实施例，将q轴电压给定值
Figure GDA00025665210800001412
和d轴电压给定值
Figure GDA00025665210800001413
输入图3中的调制信号发生器312，该调制信号发生器312通过特定的调制算法(比如SVPWM调制算法)，可以得到控制IGBT开关的PWM信号，该PWM信号经过驱动电路可以生成驱动IGBT门级的控制信号，从而控制IGBT的开关频率表，进而调整变流器的无功输出频率。
图8为本发明另一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图。如图8所示，该变流器无功功率的控制装置包括第一解算模块801、第一调节模块802、第二调节模块803和控制模块804。
其中，第一解算模块801用于根据无功功率给定值Q*和滤波器网侧的三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)，解算得到第一q轴电流给定值
Figure GDA00025665210800001414
第一调节模块802用于根据无功功率给定值Q*、三相电压反馈信号(Ua，Ub，Uc)和滤波器网侧的三相电流反馈信号(Ia1，Ib1，Ic1)，得到第二q轴电流给定值
Figure GDA00025665210800001415
第二调节模块803用于根据第一q轴电流给定值
Figure GDA00025665210800001416
以及第二q轴电流给定值
Figure GDA00025665210800001417
计算得到第三q轴电流给定值，并根据第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值
Figure GDA0002566521080000151
控制模块804用于根据q轴电压给定值
Figure GDA0002566521080000152
和d轴电压给定值
Figure GDA0002566521080000153
得到用于驱动变流器中的IGBT的PWM信号，以调整变流器输出的无功功率。
图9为本发明又一实施例提供的变流器无功功率的控制装置的结构示意图。图9与图8的不同之处在于：
在一个可选实施例中，图8中的第一解算模块801可细化为图9中的第一计算单元8011、第二计算单元8012、第三计算单元8013和第四计算单元8014。其中，第一计算单元8011用于计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；第二计算单元8012用于计算三相电压反馈信号中各相位的电压有效值；第三计算单元8013用于根据各相位的电压有效值、滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；第四计算单元8014用于根据无功功率给定值、滤波器网侧的无功功率反馈值和d轴电压正序分量，得到第一q轴电流给定值。
在一个可选实施例中，图8中的第一计算单元8011可细化为锁相环和派克换算器(参阅图3)。其中，锁相环用于对三相电压反馈信号进行锁相处理，得到相位角；换算子单元(图中未示出)用于根据相位角得到三相电压反馈信号的d轴电压正序分量。
在一个可选实施例中，图8中的第一调节模块802可细化为图9中的第四计算单元8021、第五计算单元8022、第六计算单元8023和无功功率调节器8024。其中，第四计算单元8021用于计算三相电压反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量；第五计算单元8022用于计算滤波器网侧的三相电流反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；第六计算单元8023用于根据α轴电压分量、β轴电压分量、α轴电流分量和β轴电流分量，得到滤波器网侧的无功功率反馈值；无功功率调节器8024用于根据无功功率给定值和滤波器网侧的无功功率反馈值，得到第二q轴电流给定值。
在一个可选实施例中，图8中的第二调节模块803可细化为图9中的第七计算单元8031、第八计算单元8032、第九计算单元8033和q轴电流调节器8034，其中，第七计算单元8031用于根据第一q轴电流给定值和第二q轴电流给定值，得到第三q轴电流给定值；第八计算单元8032用于计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的q轴电流正序分量；第九计算单元8033用于计算三相电压反馈信号的q轴电压正序分量；q轴电流调节器8034用于根据第三q轴电流给定值、q轴电流正序分量和q轴电压正序分量，得到q轴电压给定值。
在一个可选实施例中，该变流器无功功率的控制装置还包括第三调节模块805(请参阅图8)，该第三调节模块805可细化为图9中的直流母线电压调节器8041、第十计算单元8042、第十一计算单元8043和d轴电流调节器8044。其中，直流母线电压调节器8041用于根据直流母线电压给定值和直流母线电压正序分量，得到d轴电流给定值；第十计算单元8042用于计算逆变器和滤波器之间的三相电流反馈信号的d轴电流正序分量；第十一计算单元8043用于计算三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；d轴电流调节器8044用于根据d轴电流给定值、d轴电流正序分量和d轴电压正序分量，得到d轴电压给定值。
在一个可选实施例中，变流器无功功率的控制装置可以设置在变流器控制器中，以避免对现有硬件的改造，也可以设置在具有独立逻辑运算功能的器件中，此处不进行限定。
本发明实施例还提供一种风力发电机组，包括如上所述的变流器无功功率的控制装置。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (14)

1.一种变流器无功功率的控制方法，所述变流器包括相连的逆变器和滤波器，其特征在于，所述方法包括：
根据无功功率给定值和所述滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；
根据所述无功功率给定值、所述三相电压反馈信号和所述滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；
根据所述第一q轴电流给定值以及所述第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据所述第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；
根据所述q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动所述变流器中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号，以调整所述变流器输出的无功功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无功功率给定值和所述滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值，包括：
计算所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；
计算所述三相电压反馈信号中各相位的电压有效值；
根据各相位的电压有效值、所述滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到所述滤波器网侧的无功功率反馈值；
根据所述无功功率给定值、所述滤波器网侧的无功功率反馈值和所述d轴电压正序分量，得到所述第一q轴电流给定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量，包括：
对所述三相电压反馈信号进行锁相处理，得到相位角；
根据所述相位角得到所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述无功功率给定值、所述三相电压反馈信号和所述滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值，包括：
计算所述三相电压反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量；
计算所述滤波器网侧的三相电流反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；
根据所述α轴电压分量、所述β轴电压分量、所述α轴电流分量和所述β轴电流分量，得到所述滤波器网侧的无功功率反馈值；
根据所述无功功率给定值和所述滤波器网侧的无功功率反馈值，得到所述第二q轴电流给定值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一q轴电流给定值以及所述第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据所述第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值，包括：
根据所述第一q轴电流给定值和所述第二q轴电流给定值，得到第三q轴电流给定值；
计算所述逆变器和所述滤波器之间的三相电流反馈信号的q轴电流正序分量；
计算所述三相电压反馈信号的q轴电压正序分量；
根据所述第三q轴电流给定值、所述q轴电流正序分量和所述q轴电压正序分量，得到所述q轴电压给定值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动所述变流器中的IGBT的脉冲宽度调制PWM信号的步骤之前，所述方法还包括：
根据直流母线电压给定值和直流母线电压反馈值，得到d轴电流给定值；
计算所述逆变器和所述滤波器之间的三相电流反馈信号的d轴电流正序分量；
计算所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；
根据所述d轴电流给定值、所述d轴电流正序分量和所述d轴电压正序分量，得到所述d轴电压给定值。
7.一种变流器无功功率的控制装置，所述变流器包括相连的逆变器和滤波器，其特征在于，所述装置包括：
解算模块，用于根据无功功率给定值和所述滤波器网侧的三相电压反馈信号，解算得到第一q轴电流给定值；
第一调节模块，用于根据所述无功功率给定值、所述三相电压反馈信号和所述滤波器网侧的三相电流反馈信号，得到第二q轴电流给定值；
第二调节模块，用于根据所述第一q轴电流给定值以及所述第二q轴电流给定值计算得到第三q轴电流给定值，并根据所述第三q轴电流给定值得到q轴电压给定值；
控制模块，用于根据所述q轴电压给定值和d轴电压给定值，得到用于驱动所述变流器中的IGBT的PWM信号，以调整所述变流器输出的无功功率。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述解算模块包括：
第一计算单元，用于计算所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；
第二计算单元，用于计算所述三相电压反馈信号中各相位的电压有效值；
第三计算单元，用于根据各相位的电压有效值、所述滤波器中对应于各相位的电容的容值和电网电压频率，得到所述滤波器网侧的无功功率反馈值；
第四计算单元，用于根据所述无功功率给定值、所述滤波器网侧的无功功率反馈值和所述d轴电压正序分量，得到所述第一q轴电流给定值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：
锁相环，用于对所述三相电压反馈信号进行锁相处理，得到相位角；
换算子单元，用于根据所述相位角得到所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一调节模块包括：
第四计算单元，用于计算所述三相电压反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量；
第五计算单元，用于计算所述滤波器网侧的三相电流反馈信号的两相静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；
第六计算单元，用于根据所述α轴电压分量、所述β轴电压分量、所述α轴电流分量和所述β轴电流分量，得到所述滤波器网侧的无功功率反馈值；
无功功率调节器，用于根据所述无功功率给定值和所述滤波器网侧的无功功率反馈值，得到所述第二q轴电流给定值。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二调节模块包括：
第七计算单元，用于根据所述第一q轴电流给定值和所述第二q轴电流给定值，得到第三q轴电流给定值；
第八计算单元，用于计算所述逆变器和所述滤波器之间的三相电流反馈信号的q轴电流正序分量；
第九计算单元，用于计算所述三相电压反馈信号的q轴电压正序分量；
Q轴电流调节器，用于根据所述第三q轴电流给定值、所述q轴电流正序分量和所述q轴电压正序分量，得到所述q轴电压给定值。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三调节模块，所述第三调节模块包括：
直流母线电压调节器，用于根据所述直流母线电压给定值和所述直流母线电压反馈值，得到d轴电流给定值；
第十计算单元，用于计算所述逆变器和所述滤波器之间的三相电流反馈信号的d轴电流正序分量；
第十一计算单元，用于计算所述三相电压反馈信号的d轴电压正序分量；
D轴电流调节器，用于根据所述d轴电流给定值、所述d轴电流正序分量和所述d轴电压正序分量，得到所述d轴电压给定值。
13.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述变流器无功功率的控制装置设置在变流器控制器中。
14.一种风力发电机组，其特征在于，设置有如权利要求7-13任意一项所述的变流器无功功率的控制装置。
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