CN110460106B - 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统 - Google Patents

一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110460106B
CN110460106B CN201910730019.4A CN201910730019A CN110460106B CN 110460106 B CN110460106 B CN 110460106B CN 201910730019 A CN201910730019 A CN 201910730019A CN 110460106 B CN110460106 B CN 110460106B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
phase
stator
coordinate system
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910730019.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110460106A (zh
Inventor
孙军
盛立健
张振军
汝雁飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NARI Group Corp
State Grid Electric Power Research Institute
Original Assignee
NARI Group Corp
State Grid Electric Power Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NARI Group Corp, State Grid Electric Power Research Institute filed Critical NARI Group Corp
Priority to CN201910730019.4A priority Critical patent/CN110460106B/zh
Publication of CN110460106A publication Critical patent/CN110460106A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110460106B publication Critical patent/CN110460106B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统，采用在虚拟同步控制环节生成的转子侧逆变器参考电压的基础上加入转子侧逆变器交流补偿电压的方法，将转子电流作为控制对象根据不同的控制目标在正向同步旋转坐标系下利用谐振器对其二倍频波动进行控制。本发明方法在无需改变传统虚拟同步控制的控制结构的前提下，可以在不平衡电网下根据电网不同的电能质量要求实现对DFIG的有效控制，具体可以实现平衡且正弦的转子电流、平衡且正弦的定子电流、恒定的有功功率、恒定的电磁转矩四种控制目标任意一种并且可根据电网实时要求对各控制目标灵活切换。

Description

一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电机控制技术领域，具体涉及一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统。
背景技术
风力发电系统主要采用双馈感应发电机和永磁同步发电机两种类型，为提高发电效率，均采用变速恒频发电运行方式。其中，双馈感应发电机(DFIG)应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。DFIG系统结构如图1所示，DFIG可实现变速恒频控制，减小变换器的容量，还可实现有功、无功的解耦控制，这种功率控制的灵活性对电网非常有利。
随着风电，光伏等可再生能源发电在电力系统中所占比例的不断提高，使电力系统电力电子化特征明显。对于DFIG而言，传统的基于同步锁相环的矢量电流控制方式由于锁相环被动跟随电网频率，使风电系统不具备惯性响应能力，随着风电渗透率的增高必然削弱电力系统的惯性，恶化其频率动态，对系统的安全稳定运行构成了重大威胁。为了提高电网的等效惯量，有学者提出将虚拟同步控制技术(VSG)应用到双馈电机上，有功环通过模拟同步发电机的转子运动摇摆方程实现系统的频率响应特性，无功环模拟同步发电机的励磁过程进行无功调节。该种方式彻底颠覆了双馈电机原有的控制结构，当电网频率发生扰动时，利用双馈电机转子机械旋转动能为电网提供动态频率支撑，从根本上改变双馈感应电机的惯性响应能力。
由于双馈风力发电机所在风能较丰富的地区大多属于弱电网区域，当电网电压不平衡时，由于DFIG的定子侧和电网直接相连，双馈电机将会出现定、转子电流畸变，有功功率、无功功率及转矩振荡等问题，严重影响系统的控制性能和运行安全。由于传统的基于虚拟同步控制的双馈电机控制方式中，有功-频率环及无功-电压环的控制结构可以近似于积分控制环节，对二倍频交流分量不能准确跟踪，因此对不平衡电网电压几乎没有响应能力。因而，研究如何能够在不改变虚拟同步控制方法优良的频率响应特性的基础上对DFIG在不平衡电网电压下进行有效的控制使其在不平衡电网下能够根据电网要求实现多控制目标运行且各控制目标可快速灵活地切换的问题，对于具有惯性特征的DFIG控制方法的进一步发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统，在不改变虚拟同步控制方法优良的频率响应特性的基础上，在不平衡电网下实现了DFIG三相转子电流平衡且正弦，三相定子电流平衡且正弦，定子侧输出恒定的有功功率，和DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定四种控制目标任意一种，且可根据电网要求对各控制目标灵活切换。
本发明采用的技术方案如下：
一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，包括：
获取DFIG的三相定子电压，三相定子电流，三相转子电流，转子电角频率和转子位置角；
将所述三相定子电压信号和三相定子电流信号进行坐标变换，得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流；
根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率；
根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度；
根据所述三相转子转差电角度和所述三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流；以及根据所述三相转子转差电角度和所述转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，并计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，并经过坐标变换得到正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；
根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压；
根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值，并转换到转子参考坐标系，得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值；
根据所述转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值调制得到DFIG转子侧变换器的开关信号；
将所述开关信号通过驱动模块驱动开关器件，对DFIG的机侧变换器进行控制。
进一步的，所述得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流，包括：
Figure BDA0002160194980000031
Figure BDA0002160194980000032
其中，Usα和Usβ分别为两相静止坐标系中定子电压的α轴分量和β轴分量，Isα和Isβ分别为两相静止坐标系中定子电流的α轴分量和β轴分量，Usa，Usb，Usc分别为三相定子电压的A、B、C三相上的相电压，Isa，Isb，Isc分别为三相定子电流的A、B、C三相上的相电流。
进一步的，所述根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率，包括：
Figure BDA0002160194980000041
Figure BDA0002160194980000042
其中，Ps为定子有功功率，Qs为定子无功功率。
进一步的，所述根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度，包括：
θs(k+1)＝∫[ωs(k+1)-ωr(k)]dt
Ur(k+1)＝K∫(Qref-Qs(k))dt
Figure BDA0002160194980000043
其中，Ur(k+1)和θs(k+1)分别为第k+1个控制周期中三相转子电压幅值和转差电角度，ωs(k)和ωs(k+1)分别为第k个控制周期和第k+1个控制周期中DFIG定子三相正序交流电压矢量的旋转角速度，ωr(k)为第k个控制周期中DFIG的转子电角频率，Ps(k)和Qs(k)分别为第k个控制周期中DFIG定子侧向电网输出的有功功率和无功功率，Pref和Qref为定子有功功率给定值和无功功率给定值，ωref为定子电压额定旋转角速度，D和J分别为DFIG虚拟同步控制中的虚拟阻尼设定值和虚拟惯量设定值，K为设定的比例系数，t为时间，且t＝kT，T为控制周期的大小，k为大于0的自然数。
进一步的，根据所述三相转子转差电角度和所述三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流，包括：
Figure BDA0002160194980000044
其中，
Figure BDA0002160194980000045
和
Figure BDA0002160194980000046
分别为正向同步旋转坐标系下的转子电流的d轴分量和q轴分量，θs为三相转子转差电角度，Ira，Irb，Irc分别为三相转子电流的A、B、C三相上的相电流。
进一步的，根据所述三相转子转差电角度和所述转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，包括：
Figure BDA0002160194980000051
其中，
Figure BDA0002160194980000052
Figure BDA0002160194980000053
Figure BDA0002160194980000054
其中，TNF(s)为带阻滤波器的传递函数，
Figure BDA0002160194980000055
和
Figure BDA0002160194980000056
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压正序分量的d轴分量和q轴分量，
Figure BDA0002160194980000057
和
Figure BDA0002160194980000058
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压负序分量的d轴分量和q轴分量，
Figure BDA0002160194980000059
和
Figure BDA00021601949800000510
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d轴分量和q轴分量，
Figure BDA00021601949800000511
和
Figure BDA00021601949800000512
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d轴分量和q轴分量，θs为三相转子转差电角度，θr为转子位置角，G0为带阻滤波器的零频增益，s为拉普拉斯算子，ω0带阻滤波器的中心频率，ξ为带阻滤波器的阻尼系数。
进一步的，所述计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，包括：
当控制目标为三相转子电流平衡且正弦时：
Figure BDA0002160194980000061
当控制目标为三相定子电流平衡且正弦时：
Figure BDA0002160194980000062
当控制目标为定子侧输出恒定的有功功率时：
Figure BDA0002160194980000063
当控制目标为DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定时：
Figure BDA0002160194980000064
Figure BDA0002160194980000065
和
Figure BDA0002160194980000066
为反向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量，Pref和Qref为定子有功功率给定值和无功功率给定值，ω1为电网角频率，Ls为定子电感，Lm为定转子之间互感；
所述经过坐标变换得到正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，包括：
Figure BDA0002160194980000067
其中，
Figure BDA0002160194980000068
和
Figure BDA0002160194980000069
为正向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量。
进一步的，根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压，包括：
Figure BDA0002160194980000071
其中，TSOGI(s)为谐振控制器的传递函数，
Figure BDA0002160194980000072
其中，
Figure BDA0002160194980000073
和
Figure BDA0002160194980000074
为转子侧逆变器交流补偿电压的d轴分量和q轴分量，
Figure BDA0002160194980000075
和
Figure BDA0002160194980000076
分别为正向同步旋转坐标系下的转子电流的d轴分量和q轴分量，
ωc为谐振控制器的截止频率，ks为谐振控制器的谐振系数。
进一步的，根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值，包括：
Figure BDA0002160194980000077
Figure BDA0002160194980000078
其中，
Figure BDA0002160194980000079
和
Figure BDA00021601949800000710
为同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值的d轴分量和q轴分量，Ur为三相转子电压幅值；
所述得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值，包括：
Figure BDA00021601949800000711
其中，
Figure BDA00021601949800000712
和
Figure BDA00021601949800000713
分别为转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值的α轴分量和β轴分量。
另一方面，本发明还提供一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制系统，包括：
一台DFIG，和与DFIG转子绕组相连的电压源型变换器；
三台电压传感器，用于检测DFIG三相定子电压信号；
两台三相电流霍尔传感器，用于检测DFIG三相定子电流信号和DFIG三相转子电流信号；
编码器用于检测DFIG转子位置角；
微分器用于获取转子电角频率；
静止三相到二相坐标变换模块，用于将所述三相定子电压信号和三相定子电流信号进行坐标变换，得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流；
功率计算模块，用于根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率；
虚拟同步控制运算模块，用于根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度；
转子电流反馈值计算模块，用于根据所述三相转子转差电角度和三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流；
定子电压正负序分离模块，用于根据三相转子转差电角度和转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，得到三相定子电压正序分量和负序分量；
转子电流参考值计算模块，用于根据三相定子电压正序分量和负序分量计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；
Park变换模块，用于将反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值转换为正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；
转子电流谐振控制模块，用于根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压；
逆变器控制电压合成模块，用于根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值；
反Park坐标变换模块，用于将所述同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值转换到转子参考坐标系，得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值；
以及SVPWM信号产生模块，用于根据转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值调制得到DFIG转子侧变换器的开关信号。
本发明所达到的有益效果为：
本发明在传统的双馈感应发电机虚拟同步控制方法的基础上，针对不平衡电网下的双馈感应电机虚拟同步控制对不平衡电压没有响应能力的问题，采用在虚拟同步控制环节生成的转子侧逆变器参考电压的基础上加入转子侧逆变器交流补偿电压的方法，将转子电流作为控制对象根据不同的控制目标在正向同步旋转坐标系下利用谐振器对其二倍频波动进行控制，实现了无需改变传统虚拟同步控制的控制结构的前提下，可以在不平衡电网下根据电网不同的电能质量要求实现对DFIG的有效控制，具体可以实现平衡且正弦的转子电流、平衡且正弦的定子电流、恒定的有功功率、恒定的电磁转矩四种控制目标任意一种并且可根据电网实时要求对各控制目标灵活切换。本发明与现有基于转矩直接谐振控制的不平衡电网下DFIG虚拟同步控制改进方案相比，具有可实现多控制目标运行，且不需要锁相环对电网电压的频率进行实时监测的优点。
附图说明
图1为现有的DFIG系统的结构示意图；
图2为本发明控制系统实现原理示意图；
图3为本发明的DFIG虚拟同步控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下实现三相转子电流平衡且正弦这一控制目标时稳态响应波形图；
图4为本发明的DFIG虚拟同步控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下实现三相定子电流平衡且正弦这一控制目标时稳态响应波形图；
图5为本发明的DFIG虚拟同步控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下实现DFIG定子输出恒定的有功功率这一控制目标时稳态响应波形图；
图6为本发明的DFIG虚拟同步控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下实现DFIG输出恒定的电磁转矩这一控制目标时稳态响应波形图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的DFIG虚拟同步控制系统实现如图2所示，系统包括一台2kW的DFIG1、与DFIG转子绕组相连的电压源型变换器2、用于检测DFIG三相定子电压的电压传感器3、用于检测DFIG三相定子电流的三相电流霍尔传感器4、用于检测DFIG三相转子电流的三相电流霍尔传感器5、用于检测DFIG转子位置角的编码器6、用于获取转子角频率的微分器7、用于获取定子两相静止坐标系中的定子电压、定子电流矢量信号的静止三相到二相坐标变换模块8、功率计算模块9、虚拟同步控制运算模块10、转子电流反馈值计算模块11、定子电压正负序分离模块12、反向同步旋转坐标系下转子电流参考值计算模块13、Park变换模块14、转子电流谐振控制模块15、逆变器控制电压合成模块16、反Park坐标变换模块17和SVPWM信号产生模块18。
本发明的DFIG虚拟同步控制，包括：
(1)利用三个电压传感器3采集DFIG三相定子电压信号Usabc；利用三相电流霍尔传感器4采集DFIG三相定子电流信号Isabc；利用三相电流霍尔传感器5采集DFIG三相转子电流信号Irabc；
(2)采用编码器6检测DFIG的转子位置角θr，经过微分器7计算转子电角频率ωr；
(3)将采集得到的三相定子电压信号Usabc和三相定子电流信号Isabc经静止三相到二相坐标变换模块8，得到两相静止坐标系中的定子电压矢量Usα、Usβ和定子电流矢量Isα、Isβ；从静止三相到二相坐标变换的表达式为：
Figure BDA0002160194980000111
Figure BDA0002160194980000112
其中，Usα和Usβ分别为定子电压矢量的α轴分量和β轴分量，Isα和Isβ分别为定子电流矢量的α轴分量和β轴分量，Usa，Usb，Usc分别为三相定子电压的A、B、C三相上的相电压，Isa，Isb，Isc分别为三相定子电流的A、B、C三相上的相电流。
(4)将定子电压矢量Usα、Usβ和定子电流矢量Isα、Isβ通过功率计算模块9计算定子有功功率Ps及无功功率信号Qs，计算公式为：
Figure BDA0002160194980000113
Figure BDA0002160194980000114
(5)将定子有功功率Ps、无功功率Qs和有功功率给定值Pref、无功功率给定值Qref以及定子电压额定旋转角速度ωref输入虚拟同步控制运算模块10，得到三相转子电压幅值Ur和转差电角度θs，
三相转子电压幅值Ur在定子电压定向的同步旋转坐标系下即为转子侧逆变器电压参考值d轴分量Urd，转子侧逆变器电压参考值q轴分量Urq给定为0。
三相转子电压幅值Ur和转差电角度θs计算如下：
θs(k+1)＝∫[ωs(k+1)-ωr(k)]dt
Ur(k+1)＝K∫(Qref-Qs(k))dt
Figure BDA0002160194980000121
其中，Ur(k+1)和θs(k+1)分别为第k+1个控制周期中三相转子电压幅值和转差电角度，ωs(k)和ωs(k+1)分别为第k个控制周期和第k+1个控制周期中DFIG定子三相正序交流电压矢量的旋转角速度，ωr(k)为第k个控制周期中DFIG的转子电角频率，Ps(k)和Qs(k)分别为第k个控制周期中DFIG定子侧向电网输出的有功功率和无功功率，D和J分别为DFIG虚拟同步控制中的虚拟阻尼设定值和虚拟惯量设定值，K为设定的比例系数，t为时间，且t＝kT，T为控制周期的大小，k为大于0的自然数。
由上式可知，根据当前控制周期的有功、无功功率信号Ps(k)、Qs(k)和DFIG定子三相正序交流电压矢量的旋转角速度ωs(k)所对应于各自参考值的误差信号，计算得到下一控制周期的三相转子电压幅值Ur(k+1)和定子三相正序交流电压矢量的旋转角速度ωs(k+1)，将ωs(k+1)与由微分器7计算得到的当前控制周期的转子角频率ωr(k)相减可以得到下一控制周期所需要的转差角频率，对其进行积分即可得到转差电角度θs(k+1)。
(6)将虚拟同步控制运算模块10得到的转差电角度θs以及三相电流霍尔传感器5采集到的三相转子电流信号Irabc输入到转子电流反馈值计算模块11得到转子电流谐振的反馈值即正向同步旋转坐标系下的转子电流矢量，计算如下：
Figure BDA0002160194980000131
其中，
Figure BDA0002160194980000132
和
Figure BDA0002160194980000133
分别对应正向同步旋转坐标系下的转子电流矢量的d轴分量和q轴分量，Ira，Irb，Irc分别为三相转子电流的A、B、C三相上的相电流。
(7)将虚拟同步控制运算模块10得到的转差电角度θs，编码器6检测的DFIG的转子位置角θr输入到定子电压正负序分离模块12，对定子电压进行正负序分离，计算如下：
Figure BDA0002160194980000134
其中，
Figure BDA0002160194980000135
Figure BDA0002160194980000136
Figure BDA0002160194980000137
其中，TNF(s)为带阻滤波器的传递函数，
Figure BDA0002160194980000138
和
Figure BDA0002160194980000139
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压正序分量的d、q轴分量，
Figure BDA0002160194980000141
和
Figure BDA0002160194980000142
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压负序分量的d、q轴分量，
Figure BDA0002160194980000143
和
Figure BDA0002160194980000144
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d、q轴分量，
Figure BDA0002160194980000145
和
Figure BDA0002160194980000146
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d、q轴分量，G0为带阻滤波器的零频增益，s为拉普拉斯算子，ω0带阻滤波器的中心频率，这里取两倍的电网角频率即ω0＝4πf1，f1为电网频率，ξ为带阻滤波器的阻尼系数。
(8)根据定子电压正负序分量计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算如下：
当控制目标为三相转子电流平衡且正弦时：
Figure BDA0002160194980000147
当控制目标为三相定子电流平衡且正弦时：
Figure BDA0002160194980000148
当控制目标为定子侧输出恒定的有功功率时：
Figure BDA0002160194980000149
Figure BDA00021601949800001410
中的上标2表示取平方的意思。
当控制目标为DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定时：
Figure BDA0002160194980000151
其中，
Figure BDA0002160194980000152
和
Figure BDA0002160194980000153
为反向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量，ω1为电网角频率，Ls为定子电感，Lm为定转子之间互感。
(9)将反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值经过Park变换模块14得到正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算如下：
Figure BDA0002160194980000154
其中，
Figure BDA0002160194980000155
和
Figure BDA0002160194980000156
为正向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量。
(10)将正向同步旋转坐标系下转子电流的d轴分量和q轴分量参考值
Figure BDA0002160194980000157
以及正向同步旋转坐标系下的转子电流矢量，通过转子电流谐振控制模块15计算得到转子侧逆变器交流补偿电压矢量的d轴分量
Figure BDA0002160194980000158
和q轴分量
Figure BDA0002160194980000159
计算如下：
Figure BDA00021601949800001510
其中，TSOGI(s)为谐振控制器的传递函数，
Figure BDA00021601949800001511
ωc为谐振控制器的截止频率，ks为谐振控制器的谐振系数。
(11)在定子电压定向的条件下，利用虚拟同步控制运算模块10输出的转子侧逆变器电压参考值d轴分量Urd(即三相转子电压幅值Ur)和给定为0的转子侧逆变器电压参考值q轴分量Urq，以及由转子电流谐振控制模块15得到的转子侧逆变器交流补偿电压矢量的d轴分量
Figure BDA0002160194980000161
和q轴分量
Figure BDA0002160194980000162
通过逆变器控制电压合成模块16得到同步旋转坐标系下最终的转子侧逆变器电压参考值，计算如下：
Figure BDA0002160194980000163
Figure BDA0002160194980000164
其中，
Figure BDA0002160194980000165
和
Figure BDA0002160194980000166
为同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值的d轴分量和q轴分量。
(12)将同步旋转坐标系下最终的转子侧逆变器电压参考值通过反Park坐标变换模块17变换到转子参考坐标系，得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值，计算如下：
Figure BDA0002160194980000167
其中，
Figure BDA0002160194980000168
和
Figure BDA0002160194980000169
分别为转子侧逆变器调制电压参考值的α轴分量和β轴分量。
(13)将
Figure BDA00021601949800001610
和
Figure BDA00021601949800001611
的值作为SVPWM信号产生模块18的参考值，调制得到DFIG转子侧变换器的开关信号Sa、Sb、Sc；
(14)将得到的开关信号Sa、Sb、Sc经过驱动模块驱动开关器件，实现基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制。
参见图3，在本发明基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制下，本实施方式控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下，三相转子电流平衡且正弦，满足控制目标的要求。
参见图4，在本发明基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制下，本实施方式控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下，三相定子电流平衡且正弦，满足控制目标的要求。
参见图5，在本发明基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制下，本实施方式控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下，定子侧发出的有功功率平稳无波动，满足控制目标的要求。
参见图6，在本发明基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制下，本实施方式控制系统在定子电压单向跌落50％的不平衡电网下，DFIG发出的电磁转矩平稳无波动且定子侧发出的无功功率平稳无波动，满足控制目标的要求。
图3至图6中，Usabc为三相定子电压，Isabc为三相定子电流，Irabc为三相转子电流，Ps为定子有功功率，Qs为定子无功功率，Te为电磁转矩。
综上所述，本发明基于转子电流谐振补偿的DFIG虚拟同步控制方法在无需改变传统虚拟同步控制的控制结构的前提下，可以在不平衡电网下根据电网不同的电能质量要求实现对DFIG的有效控制，具体可以实现平衡且正弦的转子电流、平衡且正弦的定子电流、恒定的有功功率、恒定的电磁转矩四种控制目标任意一种并且可根据电网实时要求对各控制目标灵活切换。另外本发明控制系统不需要锁相环对电网电压的频率进行实时监测。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，包括：
获取DFIG的三相定子电压，三相定子电流，三相转子电流，转子电角频率和转子位置角；
将所述三相定子电压信号和三相定子电流信号进行坐标变换，得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流；
根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率；
根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度；
根据所述三相转子转差电角度和所述三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流；以及根据所述三相转子转差电角度和所述转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，并计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，并经过坐标变换得到正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；
所述计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，包括：
当控制目标为三相转子电流平衡且正弦时：
Figure FDA0002727240620000011
当控制目标为三相定子电流平衡且正弦时：
Figure FDA0002727240620000012
当控制目标为定子侧输出恒定的有功功率时：
Figure FDA0002727240620000021
当控制目标为DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定时：
Figure FDA0002727240620000022
其中，
Figure FDA0002727240620000023
和
Figure FDA0002727240620000024
为反向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000025
和
Figure FDA0002727240620000026
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压负序分量的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000027
和
Figure FDA0002727240620000028
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压正序分量的d轴分量和q轴分量，Pref和Qref为定子有功功率给定值和无功功率给定值，ω1为电网角频率，Ls为定子电感，Lm为定转子之间互感；
所述经过坐标变换得到正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，包括：
Figure FDA0002727240620000029
其中，
Figure FDA00027272406200000210
和
Figure FDA00027272406200000211
为正向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量，θs为三相转子转差电角度，θr为转子位置角；
根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压；
根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值，并转换到转子参考坐标系，得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值；
根据所述转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值调制得到DFIG转子侧变换器的开关信号；
将所述开关信号通过驱动模块驱动开关器件，对DFIG的机侧变换器进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，所述得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流，包括：
Figure FDA0002727240620000031
Figure FDA0002727240620000032
其中，Usα和Usβ分别为两相静止坐标系中定子电压的α轴分量和β轴分量，Isα和Isβ分别为两相静止坐标系中定子电流的α轴分量和β轴分量，Usa，Usb，Usc分别为三相定子电压的A、B、C三相上的相电压，Isa，Isb，Isc分别为三相定子电流的A、B、C三相上的相电流。
3.根据权利要求2所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，所述根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率，包括：
Figure FDA0002727240620000033
Figure FDA0002727240620000034
其中，Ps为定子有功功率，Qs为定子无功功率。
4.根据权利要求3所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，所述根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度，包括：
θs(k+1)＝∫[ωs(k+1)-ωr(k)]dt
Ur(k+1)＝K∫(Qref-Qs(k))dt
Figure FDA0002727240620000041
其中，Ur(k+1)和θs(k+1)分别为第k+1个控制周期中三相转子电压幅值和转差电角度，ωs(k)和ωs(k+1)分别为第k个控制周期和第k+1个控制周期中DFIG定子三相正序交流电压矢量的旋转角速度，ωr(k)为第k个控制周期中DFIG的转子电角频率，Ps(k)和Qs(k)分别为第k个控制周期中DFIG定子侧向电网输出的有功功率和无功功率，Pref和Qref为定子有功功率给定值和无功功率给定值，ωref为定子电压额定旋转角速度，D和J分别为DFIG虚拟同步控制中的虚拟阻尼设定值和虚拟惯量设定值，K为设定的比例系数，t为时间，且t＝kT，T为控制周期的大小，k为大于0的自然数。
5.根据权利要求4所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，根据所述三相转子转差电角度和所述三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流，包括：
Figure FDA0002727240620000042
其中，
Figure FDA0002727240620000043
和
Figure FDA0002727240620000044
分别为正向同步旋转坐标系下的转子电流的d轴分量和q轴分量，Ira，Irb，Irc分别为三相转子电流的A、B、C三相上的相电流。
6.根据权利要求4所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，根据所述三相转子转差电角度和所述转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，包括：
Figure FDA0002727240620000051
其中，
Figure FDA0002727240620000052
Figure FDA0002727240620000053
Figure FDA0002727240620000054
其中，TNF(s)为带阻滤波器的传递函数，
Figure FDA0002727240620000055
和
Figure FDA0002727240620000056
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000057
和
Figure FDA0002727240620000058
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压的d轴分量和q轴分量，G0为带阻滤波器的零频增益，s为拉普拉斯算子，ω0带阻滤波器的中心频率，ξ为带阻滤波器的阻尼系数。
7.根据权利要求6所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压，包括：
Figure FDA0002727240620000059
其中，TSOGI(s)为谐振控制器的传递函数，
Figure FDA0002727240620000061
其中，
Figure FDA0002727240620000062
和
Figure FDA0002727240620000063
为转子侧逆变器交流补偿电压的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000064
和
Figure FDA0002727240620000065
分别为正向同步旋转坐标系下的转子电流的d轴分量和q轴分量，
ωc为谐振控制器的截止频率，ks为谐振控制器的谐振系数。
8.根据权利要求7所述的一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，其特征在于，根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值，包括：
Figure FDA0002727240620000066
Figure FDA0002727240620000067
其中，
Figure FDA0002727240620000068
和
Figure FDA0002727240620000069
为同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值的d轴分量和q轴分量，Ur为三相转子电压幅值；
所述得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值，包括：
Figure FDA00027272406200000610
其中，
Figure FDA00027272406200000611
和
Figure FDA00027272406200000612
分别为转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值的α轴分量和β轴分量。
9.一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制系统，其特征在于，包括：
一台DFIG，和与DFIG转子绕组相连的电压源型变换器；
三台电压传感器，用于检测DFIG三相定子电压信号；
两台三相电流霍尔传感器，用于检测DFIG三相定子电流信号和DFIG三相转子电流信号；
编码器用于检测DFIG转子位置角；
微分器用于获取转子电角频率；
静止三相到二相坐标变换模块，用于将所述三相定子电压信号和三相定子电流信号进行坐标变换，得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流；
功率计算模块，用于根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率；
虚拟同步控制运算模块，用于根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度；
转子电流反馈值计算模块，用于根据所述三相转子转差电角度和三相转子电流计算正向同步旋转坐标系下的转子电流；
定子电压正负序分离模块，用于根据三相转子转差电角度和转子位置角对三相定子电压进行正负序分离，得到三相定子电压正序分量和负序分量；
转子电流参考值计算模块，用于根据三相定子电压正序分量和负序分量计算不同的控制目标下反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；具体如下：
当控制目标为三相转子电流平衡且正弦时：
Figure FDA0002727240620000071
当控制目标为三相定子电流平衡且正弦时：
Figure FDA0002727240620000072
当控制目标为定子侧输出恒定的有功功率时：
Figure FDA0002727240620000081
当控制目标为DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定时：
Figure FDA0002727240620000082
其中，
Figure FDA0002727240620000083
和
Figure FDA0002727240620000084
为反向同步旋转坐标系下转子电流参考值的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000085
和
Figure FDA0002727240620000086
为反向同步旋转坐标系下的三相定子电压负序分量的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002727240620000087
和
Figure FDA0002727240620000088
为正向同步旋转坐标系下的三相定子电压正序分量的d轴分量和q轴分量，Pref和Qref为定子有功功率给定值和无功功率给定值，ω1为电网角频率，Ls为定子电感，Lm为定转子之间互感；
Park变换模块，用于将反向同步旋转坐标系下转子电流的参考值转换为正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值；
转子电流谐振控制模块，用于根据所述正向同步旋转坐标系下的转子电流和正向同步旋转坐标系下转子电流的参考值，计算转子侧逆变器交流补偿电压；
逆变器控制电压合成模块，用于根据所述转子侧逆变器交流补偿电压计算同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值；
反Park坐标变换模块，用于将所述同步旋转坐标系下转子侧逆变器电压参考值转换到转子参考坐标系，得到转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值；
以及SVPWM信号产生模块，用于根据转子参考坐标系下的转子侧逆变器电压参考值调制得到DFIG转子侧变换器的开关信号。
CN201910730019.4A 2019-08-08 2019-08-08 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统 Active CN110460106B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910730019.4A CN110460106B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910730019.4A CN110460106B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110460106A CN110460106A (zh) 2019-11-15
CN110460106B true CN110460106B (zh) 2021-02-02

Family

ID=68485415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910730019.4A Active CN110460106B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110460106B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111917126B (zh) * 2020-07-06 2021-10-08 浙江大学 基于无锁相环自同步控制的dfig不平衡电网电压补偿方法
CN111654062B (zh) * 2020-08-04 2021-01-12 中国电力科学研究院有限公司 一种双馈风力发电机组的虚拟同步控制方法及系统
CN112260290B (zh) * 2020-10-13 2022-09-13 合肥工业大学 电压源型的永磁同步风电机组在弱网下的并网控制方法
CN114244209B (zh) * 2021-12-22 2024-02-09 阳光电源股份有限公司 一种双馈风力发电系统及其运行控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108599262A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 浙江大学 不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法
CN108683198A (zh) * 2018-03-29 2018-10-19 合肥工业大学 双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法
CN108923707A (zh) * 2018-08-10 2018-11-30 广东工业大学 双馈电机系统的控制方法、系统、装置及可读存储介质
CN109980691A (zh) * 2019-04-29 2019-07-05 重庆大学 一种计及频域阻抗稳定性分析的双馈风电机组虚拟同步控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108683198A (zh) * 2018-03-29 2018-10-19 合肥工业大学 双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法
CN108599262A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 浙江大学 不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法
CN108923707A (zh) * 2018-08-10 2018-11-30 广东工业大学 双馈电机系统的控制方法、系统、装置及可读存储介质
CN109980691A (zh) * 2019-04-29 2019-07-05 重庆大学 一种计及频域阻抗稳定性分析的双馈风电机组虚拟同步控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于虚拟同步机的并网逆变器不平衡电压灵活补偿策略;年珩等;《电力系统自动化》;20190210;第43卷(第3期);第123-129页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110460106A (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110460106B (zh) 一种不平衡电网下的dfig虚拟同步控制方法及系统
CN100486093C (zh) 风力发电用全功率型交直交变流器的控制结构
CN101895118B (zh) 变速恒频双馈风力发电系统电网电流的谐波抑制方法
CN105024608B (zh) 一种不平衡电网下基于矩阵变换器的pmsg比例积分谐振控制方法
Gajewski et al. Advanced control of direct-driven PMSG generator in wind turbine system
CN102332727A (zh) 一种利用直流侧飞轮储能单元平滑永磁直驱风力发电系统输出有功功率的方法
CN103117699B (zh) 一种基于双矢量谐振调节双馈异步风力发电机的控制方法
CN103138672A (zh) 一种直驱永磁同步风力发电系统自抗扰控制方法
CN111654062B (zh) 一种双馈风力发电机组的虚拟同步控制方法及系统
CN105337312B (zh) 一种小功率风电变流器组网时的实时监控方法
CN110198050B (zh) 一种不平衡电网下基于转矩-无功协同控制的dfig虚拟同步控制方法
CN102638058B (zh) 变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统及方法
CN103346718A (zh) 电压不平衡下双转子永磁风力发电系统的控制方法
CN104579060A (zh) 笼型转子无刷双馈风力发电机的间接功率控制方法
CN108321844A (zh) 谐波电网电压下永磁直驱风力发电系统的控制方法
CN102355192B (zh) 双馈风力发电机无功功率的控制方法
CN110289629B (zh) 一种不平衡电网下基于拓展功率的dfig虚拟同步控制方法
CN115347618A (zh) 一种用于微电网的并网功率变换装置及其应用方法
CN102332861B (zh) 双馈风力发电机有功功率的控制方法
Gajewski et al. Performance of sensorless control of permanent magnet synchronous generator in wind turbine system
CN202564969U (zh) 变速恒频双转子永磁风力发电机并网控制系统
Hao et al. A novel sensorless control strategy of doubly fed induction generator based on stator voltage
Qi et al. Study of brushless doubly-fed control for VSCF wind power generation system connected to grid
Cai et al. Speed sensorless direct torque control of direct-drive permanent magnet wind generator
Sai Sindhura et al. Control And Modeling Of Doubly Fed Induction Machine For Wind Turbines

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant