CN110429650A - 一种电网不对称故障下dfig变换器正、负序电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，通过建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令和恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令，设计了100Hz的广义嵌入积分器，实现了DIFG正、负序电流统一控制，减轻对风电机组轴系的机械应力，确保电网功率供求平衡、安全和稳定。

Description

一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法

技术领域

本发明涉及新能源发电单元并网技术领域，特别是一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法。

背景技术

由于双馈风电机组网侧、转子侧变换器有限的控制能力及其与发电机之间存在电磁、机电等方面的密切关系和相互影响，使其在不对称电网故障下的控制与运行更为复杂。

当电网发生不对称故障，基于对称电网电压下定子电压定向的网侧、转子侧变换器的传统矢量控制策略无法在同步速旋转dq坐标系中对正、负序电流实施精确控制，从而导致网侧、转子侧变换器电流控制的失效。

电网不对称故障导致三相交流电流的高度不平衡，易于发生过电流现象，造成DFIG变换器输出有功、无功功率与直流环节电压的二倍电网频率波动，不仅会引起转子励磁电流谐波并影响转子侧变换器控制实施的准确性，且会对整个PWM励磁变频器构成过电压、过电流的危害，特别是影响直流母线电容的使用寿命；同时，不平衡电网电压引起了DFIG定子电流高度不平衡，从而会使定子绕组产生不平衡发热，发电机转矩产生脉动，导致输向电网的功率发生振荡。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，最大限度地改善整个风电机组的综合控制能力，实现不平衡电网故障下DFIG风电机组的穿越运行。

本发明采用以下方案实现：一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，具体包括以下步骤：

建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令；

建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令；

在平衡电网条件下的传统电流控制中加入上述两个控制指令来实现对正、负序电流的统一、精确控制。

进一步地，所述建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令具体为：采用d⁺轴正序定子电压矢量定向，即将正序定子电压u⁺ _sd+固定在正转同步速旋转坐标系的d⁺轴上，恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(1)：

式中，下标“+”和“﹣”表示为正、负序分量，上标“+”和“﹣”表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标“*”表示指令。L_s为dq坐标系中定子等效两相绕组的自感，L_m为dq坐标系中定子与转子同轴等效绕组间的互感，i_rd、i_rq分别为转子电流的dq轴分量，P_s0、Q_s0分别为定子输出有功功率、无功功率的直流分量，u_sd、u_sq分别为定子电压的dq轴分量，i_rd、i_rq分别为转子电流的dq轴分量。

进一步地，所述建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令具体为：d、q坐标下，正序下，网侧变流器的电压和电网电压相等即采用正序d⁺轴电网电压定向，恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(2)：

式中，下标“+”和“﹣”表示为正、负序分量，上标“+”和“﹣”表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标“*”表示指令。i_gd、i_gq分别为网侧变流器电流的dq轴分量，P_ssin2、P_scos2分别为定子输出有功功率的正、余弦波动分量。

进一步地，根据式(1)和(2)可以计算得到相应的网侧、转子侧变换器正、负序电流指令值。在平衡电网条件下的传统电流控制中加入上述两个控制指令来实现对正、负序电流的统一、精确控制。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令和恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令，将两个电流控制指令添加到平衡电网条件下的传统电流控制中，实现了DIFG正、负序电流统一控制，减轻对风电机组轴系的机械应力，确保电网功率供求平衡、安全和稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，具体包括以下步骤：

建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令；

建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令；

在平衡电网条件下的传统电流控制中加入上述两个控制指令来实现对正、负序电流的统一、精确控制。

在本实施例中，所述建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令具体为：通过建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令，在转子侧变换器除对DFIG输出定子平均有功、无功功率进行独立解耦控制外，需实现控制电磁转矩恒定，以消除发电机电磁转矩二倍频脉动，减轻对风电机组轴系的机械应力。

因此本实施例采用d⁺轴正序定子(电网)电压矢量定向，即将正序定子电压u⁺ _sd+固定在正转同步速旋转坐标系的d⁺轴上，恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(1)：

式中，下标+和﹣表示为正、负序分量，上标+和﹣表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标*表示指令；L_s为dq坐标系中定子等效两相绕组的自感，L_m为dq坐标系中定子与转子同轴等效绕组间的互感，i_rd、i_rq分别为转子电流的dq轴分量，P_s0、Q_s0分别为定子输出有功功率、无功功率的直流分量，u_sd、u_sq分别为定子电压的dq轴分量。

在本实施例中，所述建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令具体为：通过建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令，网侧变换器除实现直流母线电压、平均无功功率固有独立解耦控制功能外，需实现控制DFIG输出有功功率恒定，以补偿DFIG定子输出有功功率的二倍频脉动，使整个DFIG发电系统输向电网的有功功率二倍频脉动为零，确保电网功率供求平衡、安全和稳定。

考虑到实际风电系统中DFIG定子、网侧变换器直接与电网相联，d、q坐标下，正序下，网侧变流器的电压和电网电压相等即采用正序d⁺轴电网(定子)电压定向，恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(2)：

式中，下标+和﹣表示为正、负序分量，上标+和﹣表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标*表示指令；i_gd、i_gq分别为网侧变流器电流的dq轴分量，P_ssin2、P_scos2分别为定子输出有功功率的正、余弦波动分量。

在本实施例中，根据式(1)和(2)可以计算得到相应的网侧、转子侧变换器正、负序电流指令值。在平衡电网条件下的传统电流控制中分别嵌入一个附加控制，即将上述的两个控制指令添加到传统的电流控制中，进而能够实现对正、负序电流的统一、精确控制。电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制原理图如图1所示。

本实施例通过建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令和恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令，并将两个控制指令加入到平衡电网条件下的传统电流控制中，进而实现了DIFG正、负序电流统一控制，减轻对风电机组轴系的机械应力，确保电网功率供求平衡、安全和稳定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令；

建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令；

在平衡电网条件下的传统电流控制中加入上述两个控制指令来实现对正、负序电流的统一、精确控制。

2.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，其特征在于，所述建立恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令具体为：采用d⁺轴正序定子电压矢量定向，即将正序定子电压u⁺ _sd+固定在正转同步速旋转坐标系的d⁺轴上，恒定电磁转矩下的转子侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(1)：

式中，下标+和﹣表示为正、负序分量，上标+和﹣表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标*表示指令；L_s为dq坐标系中定子等效两相绕组的自感，L_m为dq坐标系中定子与转子同轴等效绕组间的互感，i_rd、i_rq分别为转子电流的dq轴分量，P_s0、Q_s0分别为定子输出有功功率、无功功率的直流分量，u_sd、u_sq分别为定子电压的dq轴分量。

3.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下DFIG变换器正、负序电流控制方法，其特征在于，所述建立恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令具体为：d、q坐标下，正序下，网侧变流器的电压和电网电压相等即采用正序d⁺轴电网电压定向，恒定输出有功功率下的网侧变换器正、负序电流控制指令公式如式(2)：

式中，下标+和﹣表示为正、负序分量，上标+和﹣表示为正、反转同步速旋转坐标系，上标*表示指令；i_gd、i_gq分别为网侧变流器电流的dq轴分量，P_ssin2、P_scos2分别为定子输出有功功率的正、余弦波动分量。