CN111969649B

CN111969649B - 弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统

Info

Publication number: CN111969649B
Application number: CN202010768599.9A
Authority: CN
Inventors: 郭祥; 朱东海; 邹旭东; 李渝
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Xinjiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-08-03
Also published as: CN111969649A

Abstract

本发明公开了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统，包括：实时采集双馈风机的端口电压信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧、转子侧的无功功率参考信号；转子侧、网侧无功控制器根据无功指令产生转子侧、网侧电流控制器的电流参考信号，电流参考信号经过转子侧、网侧电流限幅环节获得实际输入到电流控制器的参考信号；电流控制器根据电流参考信号输出转子变换器和网侧变换器所需的电压调制信号，控制变换器向电网输出有功功率和无功功率，实现了对变换器容量的充分利用，有效提升了弱电网下风机功率传输容量极限且兼顾变换器达到饱和后功率传输的稳定性。

Description

弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统

技术领域

本发明属于双馈风机技术领域，更具体地，涉及一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统。

背景技术

为实现节能减排的目标，世界各国均对本国的供电结构进行优化，传统的火力发电正逐步被新能源发电所取代。风力发电作为最具发展潜力的能源，占据了新能源发电的大量份额。然而，我国的风能资源大量聚集在西北部等偏远地区，而负荷中心却处于东南沿海，因此，远距离输电成为解决我国解决当前用电不平衡的重要手段。但是，远距离输电不可避免的引入大量线路阻抗，导致公共耦合点的电压动态恶化，电网强度逐渐降低。

短路比是衡量电网强度的一个重要指标，这个指标通过设备短路容量和额定容量的比值确定。当短路比小于3时，电网可以认定为弱电网，短路比小于2时，电网可视为极弱电网。有别于强电网，弱电网下公共耦合点的电压随着输入电流的变化而发生改变，而电压和电流的这种交互作用又会带来装备的功率传输能力受限。也就是说，新能源发电装备计划向电网传输额定的功率，但是实际可传输功率却小于甚至远小于额定功率，这会造成能源的极大浪费。

针对双馈风电机组，目前提升功率传输极限的方式主要可以分为两大类：一类是通过增加额外的硬件或是提高风机内部的变换器容量；另一类是通过优化自身的控制策略。针对前者，其主要通过增加同步调相机，加装额外的储能装置或是扩充双馈风机的变换器容量来发出更多的无功功率以维持公共耦合点电压继而确保有功功率的正常输送，但是这种方式不可避免的增加了成本，且设备安装位置需要仔细考究；针对后者，目前主流的控制方式主要是改进转子侧的控制策略，通过修改动态功率因数参考值或将转子侧的外环设置为电压环去改善功率传输能力，也有少数控制策略通过转子侧和网侧变换器的配合或使用下垂控制去提升功率传输能力；但是，这些控制策略忽略了网侧变换器的调节能力或是未能充分利用转子侧、网侧变换器的容量，因而使得双馈风机的功率传输能力仍然存在较大的上升空间。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法及系统，旨在提高弱电网下双馈风机的功率传输容量的技术问题。

本发明一方面提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，包括：

S1.实时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；

S2.基于定子侧和网侧无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；

S3.基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。

本发明在双馈风机的基本控制结构上进行改进，在上层控制中引入电压控制器、无功功率分配器，在底层控制中引入转子侧电流、网侧电流限幅环节，使得双馈风机能够最大限度的利用自身变换器容量提升功率传输极限，具体地，包括：

首先获取维持电压恒定所需的总的无功功率参考信号和网侧实时无功功率，输入功率分配器，得到定子侧无功功率和网侧无功功率参考信号；其次将定子侧、网侧无功功率参考信号输入各自的无功控制器并结合转速控制、电压控制，得到转子侧、网侧dq电流参考信号，将电流参考信号输入转子侧、网侧电流限幅环节，得到实际的电流参考信号；最后基于实际的转子侧、网侧的电流参考信号，电流控制器输出调制信号控制双馈风机输出有功功率、无功功率。因此，本发明不仅可以在无需投入任何硬件装置的前提下维持并网点电压恒定，还可实现对转子侧、网侧变换器容量的充分利用，简单可行，具有通用性，适用于强弱网下双馈风机的控制，保证了双馈风机的稳定运行，有效提高了弱电网下双馈风机的功率传输能力。

进一步地，功率分配器的输入信号可根据实际情况改变。具体为输入信号除由电压控制器输出的总的无功功率参考信号和网侧实时无功功率2个必要信号外，可加入网侧dq电流信号或者网侧电流幅值信号。功率分配器也可以根据实际改变。具体为：

加入网侧电流幅值信号后，可根据网侧电流幅值信号判断网侧电流是否超过限幅值，如否，则网侧无功功率参考信号

等于总的无功功率参考信号

定子无功功率参考信号

如是，则网侧无功功率参考信号

等于实时网侧无功功率Q_g，定子无功功率参考信号

转子侧、网侧电流限幅值亦可根据实际需要而取值。

本发明设置转子侧、网侧电流限幅值，避免输出电流超过转子侧、网侧变换器的电流承受能力，造成开关器件损坏。

按照本发明的另一方面，提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制系统，包括：

无功功率参考信号获取模块，用于时采集双馈风机并网点的电压幅值信号和网侧实时无功功率信号，经过上层电压控制器获得维持并网点电压恒定所需的无功功率参考信号，继而经过无功功率分配器获得定子侧和网侧的无功功率参考信号；

实际电流参考信号获取模块，用于基于定子侧和网侧的无功功率参考信号，无功功率控制器分别产生转子侧和网侧的电流参考信号，继而经过转子侧和网侧的电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流参考信号；

调制信号获取模块，用于基于限幅环节后的转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧、网侧电流控制器输出转子侧变换器、网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持并网点电压恒定并有效提升双馈风机的功率传输极限。

按照本发明的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制存储介质所在设备执行上述弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本发明提供的控制方法仅从控制策略层面做出改进，即优先利用网侧变换器发出无功功率，在网侧变换器容量饱和后再使用转子侧变换器发出无功功率，由于网侧分担了部分无功功率，转子侧变换器具有更大的容量发出有功功率，因此，本发明在无需添加任何额外的硬件的情况下，即可有效提升弱电网下双馈风机的有功功率容量，简单易行；

(2)本发明提供的控制方法在极弱电网下可一直发出有功功率直至转子侧和网侧变换器均达到饱和，因此，本发明实现了对转子侧和网侧变换器的充分利用；

(3)本发明提供的控制方法在原控制结构的基础上做出改进，在强电网下双馈风机端口电压基本维持不变，因而双馈风机基本无需发出无功功率，此时本发明系统控制逻辑将自动转变为原系统控制逻辑，因此，本发明在强电网下亦可适用，具有较强的通用性、可移植性；

(4)本发明提供的控制方法在上层控制中采用了电压控制器，因此，本发明可始终维持并网点电压恒定；

(5)本发明提供的控制方法中转子侧和网侧电流限幅值可根据实际需求灵活设置，因此，本发明可有效避免因过流导致的转子侧和网侧变换器开关器件的损坏。

附图说明

图1为本发明实施例提供的提升双馈风机功率传输极限的控制方法的流程框图；

图2为本发明实施例提供的双馈风机主电路拓扑结构；

图3为本发明实施例提供的锁相环示意图；

图4为本发明实施例提供上层电压控制及无功分配控制控制示意图；

图5为本发明实施例提供的转子侧变换器控制框图；

图6为本发明实施例提供的网侧变换器控制框图；

图7为本发明实施例提供的桨距角控制框图；

图8为本发明实施例提供的短路比等于4(强电网)下采用本发明方法的仿真效果图；

图9为本发明实施例提供的短路比等于1.2(弱电网)下采用本发明方法的仿真效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，包括：

本发明还提供了一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制系统，包括：

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制存储介质所在设备执行上述弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法。

本发明还提供一种上述提升双馈风机功率传输极限的控制方法的应用场景，包括：采样处理单元1、锁相环2、上层电压控制及无功分配控制环3、转速无功控制环4、转子侧电流控制环5、转子侧空间矢量调制器6、母线电压无功控制环7、网侧电流控制环8，网侧空间矢量调制器9、桨距角控制环10、转子侧逆变器11、网侧逆变器12、坐标变换环节13、功率计算环节14。

采样处理单元1用于采集双馈风机的定子交流电压信号V_s，转子交流电流信号I_r，网侧交流电流信号I_g，转子转速信号ω_r，转子相位信号θ_r；

所述锁相环2用于获得并网点电压V_s的相位信号θ_pll；

上层电压控制及无功分配控制环3用于产生维持并网点电压恒定所需的总的无功功率参考信号

以及定子侧无功功率参考信号

和网侧无功功率参考信号

转速无功控制环4用于产生转子侧dq电流参考信号

和经过限幅后的转子侧dq电流实际参考信号

转子侧电流控制环5用于产生转子侧变换器的dq控制电压

转子侧空间矢量调制器6用于产生转子侧变换器的开关信号S₁、S₂、S₃；

母线电压无功控制环7用于产生网侧dq电流参考信号

和经过限幅后的网侧dq电流实际参考信号

网侧电流控制环8用于产生网侧变换器的dq控制电压

网侧空间矢量调制器9用于产生网侧变换器的开关信号S₄、S₅、S₆；

桨距角控制环10用于将转子转速_r或有功功率P_t限制在额定值；

转子侧逆变器11用于根据开关信号S₁、S₂、S₃产生实际的转子电压信号；

网侧逆变器12用于根据开关信号S₄、S₅、S₆产生实际的网侧电压压信号；

坐标变换环节13将并网点三相电压信号V_s、定子三相电流信号I_s、转子三相电流信号I_r、网侧三相电流信号I_g通过坐标变换转换为两相旋转坐标系下的并网点dq电压信号V_sd、V_sq，定子dq电流信号i_sd、i_sq，转子dq电流信号i_rd、i_rq，网侧dq电流信号i_gd、i_gq。

功率计算环节14用于计算实时定子侧有功、无功功率P_s、Q_s，，网侧有功、无功功率P_g、Q_g。

实施例一

一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法100，如图1所示，包括：

步骤110、采集并网点电压信号，经过上层电压控制器获得总的无功参考信号，结合网侧实时无功功率，经无功功率分配器，获得定子侧和转子侧的无功参考信号；

步骤120、基于定子侧和网侧的无功参考信号，转子侧、网侧的无功控制器计算输出电流参考信号，电流参考信号经过转子侧、网侧电流限幅环节获得输入转子侧、网侧电流控制器的实际电流信号；

步骤130、基于转子侧、网侧电流控制器的实际电流信号，转子侧、网侧输出转子侧变换器和网侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，有效提升了双馈风机的有功输出容量，实现了对变换器容量的充分利用。

图2所示为双馈风机主电路拓扑结构，图2中，DFIG表示双馈风机，RSC表示转子侧变换器，GSC表示网侧变换器；S₁、S₂、S₃表示转子侧逆变器驱动信号，S₄、S₅、S₆表示网侧逆变器驱动信号；U_dc表示直流母线电压；V_s表示并网点端口电压；I_s表示定子侧输出三相电流，I_g表示网侧输出三相电流；P_in表示双馈风机从空气中吸收的机械功率；P_s、Q_s表示定子有功、无功功率；P_g、Q_g表示网侧有功、无功功率；P_t、Q_t表示双馈风机向电网输送的总的有功、无功功率；ω_r表示转子角速度，θ_r转子旋转角度。

如图3所示的锁相环，锁相环工作过程具体为：采集双馈风机接入电网的端口电压信号V_s；通过坐标变换将三相静止坐标系下的端口电压信号V_s变换为两相静止坐标系下的端口电压V_sαβ；通过坐标变换将两相静止坐标系下的端口电压信号V_sαβ变换为两相旋转坐标系下的端口电压V_sd和V_sq，其中，坐标变换角度信号θ_pll由锁相环输出相位信号提供；将q轴电压信号V_sq输入PI_pll控制器，输出结果和额定角频率信号ω₀相加得到实时角频率信号ω；实时角频率信号ω经过积分环节得到整个系统的相角信号基准θ_pll。

如图4所示的上层电压控制及无功分配控制控制，步骤110具体可为：

将并网点参考电压信号V_s ^*和由锁相环获得双馈风机并网点实时电压幅值信号V_s做差得到电压误差信号，将电压误差信号输入电压PI控制器得到维持并网点电压恒定所需的总的无功功率参考信号

将总的无功功率参考信号

和网侧实时无功信号Q_g输入无功功率分配器，在无功分配环节中，定子侧的无功功率参考信号被设置为

网侧的无功功率参考信号被设置为

如图5所示的转子侧变换器控制，步骤120中转子电流限幅环节和步骤130中针对转子侧的控制过程具体可为：

首先，在获取定子侧无功功率参考信号

后，将根据MPPT曲线得到的转速参考信号

和采集到的双馈风机的实时转速信号ω_r做差，将两者的偏差信号输入转速控制器PI并对输出结果得到转子d轴电流参考信号

将定子侧无功功率参考信号

和实时无功信号Q_s相减,将两者的偏差信号输入定子侧无功功率PI控制器得到转子q轴电流参考信号

其次，将转子d轴电流参考信号

和转子q轴电流参考信号

输入转子电流限幅环节；经过处理得到对转子电流幅值

判断转子电流是否超过转子电流限幅I_rlimit，若是，则限幅后的转子d轴电流参考信号

转子q轴电流参考信号

若否，则维持原转子d、q参考电流；

继而，在获得转子实际d、q轴参考电流指令后

后，根据转子d轴电流指令

转子q轴电流指令

分别和实际转子d轴电流i_rd、q轴电流i_rq进行相减运算，获得d轴误差信号和q轴误差信号；对d轴误差信号和q轴误差信号分别进行闭环处理，获得转子侧变流器d轴电压需求信号V_rd、q轴电压需求信号V_rq；根据转子d轴电流i_rd和q轴电流i_rq生成d轴前馈信号V_rdc、q轴前馈信号V_rqc；其中，

前馈信号V_rdc、V_rqc由解耦前馈项-ω₂σL_ri_rq、ω₂σL_ri_rd和感应电动势前馈项E_rd、E_rq两部分组成，ω₂为转差角频率，σ为漏感系数，L_r为转子自感，E_rd为转子侧感应电动势的d轴分量，E_rq为转子侧感应电动势的q轴分量；根据前馈信号V_rdc、V_rqc和转子侧变流器d轴电压需求信号V_rd、转子侧变流器q轴电压需求信号V_rq，获得调制信号

其中，

最后，根据转子调制信号

根据相位信息θ_pll和转子位置角θ_r进行反坐标变换得到两相静止坐标系下转子调制电压

对调制信号

进行SVPWM调制，获得转子侧变流器开关管的PWM控制信号S₁、S₂、S₃。

如图6所示的网侧变换器控制，步骤120中网侧电流限幅环节和步骤130中针对网侧的控制过程具体可为：

首先，在获取到网侧无功功率参考信号

后，将母线电压参考信号

和采集到的双馈风机的实时母线电压信号U_dc做差，将两者的偏差信号输入母线电压控制器PI并对输出结果得到网侧d轴电流参考信号

将网侧无功功率参考信号

和实时无功信号Q_g相减,将两者的偏差信号输入网侧无功功率PI控制器得到网侧q轴电流参考信号

其次，将网侧d轴电流参考信号

和网侧q轴电流参考信号

输入网侧电流限幅环节；经过处理得到对网侧电流幅值

判断网侧电流是否超过网侧电流限幅I_glimit，若是，则限幅后的网侧d轴电流参考信号

网侧q轴电流参考信号

若否，则维持原网侧d、q参考电流；

继而，在获得网侧实际d、q轴参考电流指令后

后，根据网侧d轴电流指令

网侧q轴电流指令

分别和实际网侧d轴电流i_gd、q轴电流i_gq进行相减运算，获得d轴误差信号和q轴误差信号；对d轴误差信号和q轴误差信号分别进行闭环处理，获得网侧变流器d轴电压需求信号V_gd、q轴电压需求信号V_gq；根据网侧d轴电流i_gd和q轴电流i_gq生成d轴前馈信号V_gdc、q轴前馈信号V_gqc；其中，

ω₁为电网额定角频率，L_gsc为网侧滤波电感；根据前馈信号V_gdc、V_gqc和网侧变流器d轴电压需求信号V_gd、网侧变流器q轴电压需求信号V_gq，获得调制信号

其中，

最后，根据转子调制信号

根据相位信息θ_pll进行反坐标变换得到两相静止坐标系下转子调制电压

对调制信号

进行SVPWM调制，获得网侧变流器开关管的PWM控制信号S₄、S₅、S₆。

如图7所示的浆距角控制，具体可为：

桨距角控制由两部分组成：一部分将采集到的双馈风机的实时转速信号ω_r和转速参考信号

做差，将两者的偏差信号经过桨距角比例系数k_pitch得到；另一部分将有功功率参考信号P_t ^*和采集到的双馈风机的实时有功功率信号P_t做差，将两者的偏差信号经过PI控制器得到；将两部分输出信号累加得到桨距角控制信号。

需要说明的是，基于双馈风机的控制系统，包括：采样处理单元1、锁相环2、上层电压控制及无功分配控制环3、转速无功控制环4、转子侧电流控制环5、转子侧空间矢量调制器6、母线电压无功控制环7、网侧电流控制环8，网侧空间矢量调制器9、桨距角控制环10、转子侧逆变器11、网侧逆变器12、坐标变换环节13、功率计算环节14。其中，采样处理单元1的输入端连接至双馈电机定转子侧和网侧，用于采集定转子、网侧电压电流信号、电机转子角信号和转子角速度信号，其输出端中的定子电压测量量连接至锁相环2的输入端、坐标变换环节13中的输入端和功率计算环节14的输入端；其输出端中的定子电流测量量连接至坐标变换环节13中的输入端和功率计算环节14的输入端；其输出端中的转子电流测量量连接至坐标变换环节13中的输入端；其输出端中的网侧电流测量量连接至坐标变换环节13中的输入端和功率计算环节14的输入端；其输出端中的转子角速度测量量连接至转速无功控制环4输入端和桨距角控制环10的输入端；其输出端中的转子角测量量连接至转子侧空间矢量调制器5的坐标变换输入端和坐标变换环节13中的输入端；坐标变换单元13将三相静止坐标系下输入电压、电流信号变换为两相旋转坐标系下的电压、电流信号，其输出端中的定子电压信号连接至上层电压控制及无功分配控制环3的反馈端；其输出端中的转子电流信号连接至转子侧交流电流控制环5的反馈端；其输出端中的网侧电流信号连接至网侧交流电流控制环8的反馈端；功率计算单元14用于计算定子侧、网侧的有功、无功功率，其输出端中的定子有功功率和网侧有功功率累加连接至转速无功控制环4的输入端；其输出端中的定子无功功率连接至转速无功控制环4的反馈端；其输出端中的网侧无功功率连接至电压无功控制环7的反馈端；锁相环2根据的定子电压测量计算出系统的相位基准信号，其输出端连接至转子侧空间矢量调制器5的坐标变换输入端、网侧空间矢量调制器5的坐标变换输入端、坐标变换环节13中的输入端和功率计算环节14的输入端；上层电压控制及无功分配控制环3通过的参考指令和坐标变换环节13得到的反馈测量量进行闭环调节并结合分配环节来计算出输入转速无功控制环4和电压无功控制环7的无功功率参考指令；转速无功控制环4通过的参考指令和反馈测量量进行闭环调节来计算出输入转子侧电流控制环5的d、q轴电流参考指令；转子电流控制环5通过的转子电流指令和转子测量量进行闭环调节来计算出调制电压信号，其输出端连接至转子侧空间矢量调制器6的调制输入端；转子侧空间矢量调制器6用于通过空间矢量调制来生成得到控制转子侧变流器开关管的PWM控制信号，其输出端连接至转子侧变流器11的开关信号输入端；电压无功控制环7通过的参考指令和反馈测量量进行闭环调节来计算出输入网侧电流控制环8的d、q轴电流参考指令；网侧电流控制环8通过的网侧电流指令和网侧测量量进行闭环调节来计算出调制电压信号，其输出端连接至网侧空间矢量调制器9的调制输入端；网侧空间矢量调制器9用于通过空间矢量调制来生成得到控制网侧变流器开关管的PWM控制信号，其输出端连接至网侧变流器12的开关信号输入端；桨距角控制环通过的参考指令和反馈测量量进行闭环调节来计算出输入采样处理单元1的桨距角参考指令。

在本发明实施例中，采样处理单元1包括：采样单元，用于采集双馈电机的定子交流电压信号V_s、定子交流电流信号I_s、转子交流电流信号I_r、网侧交流电流信号I_g；编码器单元，用于获得双馈电机的转子角θ_r和转子角速度ω_r；

锁相环2包括：Park坐标变换单元，用于将三相静止坐标系下的定子电压信号V_s变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压V_sd、q轴电压V_sq；控制器单元，用于根据q轴电压计算系统角频率偏差信号；加法器单元，用于叠加系统额定角频率信号得到系统实时角频率信号；积分器单元，用于根据对系统实时角频率信号积分获得出并网点电压的相位角_pll。

上层电压控制及无功分配控制环3包括：减法器单元，用于对参考信号和反馈信号做差得到误差信号；控制器单元，用于对电压幅值信号闭环处理得到总的无功需求信号；无功功率分配单元，用于分配总的无功功率至得到定子侧和网侧无功功率参考信号。

转速无功控制环4包括：减法器单元，用于对参考信号和反馈信号做差得到误差信号；控制器单元，转速控制器用于对转速进行闭环处理得到转子d轴电压参考信号、无功控制器用于对定子侧无功功率进行闭环处理得到转子q轴电压参考信号；转子电流限幅单元，用于判断转子侧电流是否超过限幅值，在超过限幅值后进行电流的分配得到实际转子d、q电流参考信号。

转子侧电流控制环5包括：前馈单元，通过转子d轴电流i_rd、q轴电流i_rq来计算获得前馈补偿信号V_rdc、V_rqc；控制器单元，根据转子d轴电流指令

q轴电流信号

和实际转子d轴电流i_rd、q轴电流i_rq，计算得到d轴误差信号、q轴误差信号，其中，第一控制器用于将d轴误差信号进行闭环调节获得变流器d轴电压需求信号V_rd，第二控制器用于将q轴误差信号进行闭环调节获得转子侧变流器q轴电压需求信号V_rq；调制信号生成单元，其中第一加法器用于将d轴误差信号和d轴前馈补偿信号V_rdc相加获得d轴调制信号

第二加法器用于将q轴误差信号和q轴前馈补偿信号V_rqc相加获得q轴调制信号

转子侧空间矢量调制器6包括反Park变换单元：用于将两相旋转坐标系中dq电压信号

变换为两相静止电压信号

SPWMN调制模块，用于对调制信号

进行SVPWM调制来获得转子侧变流器开关管的PWM控制信号S₁、S₂、S₃，该PWM控制信号S₁、S₂、S₃用于控制转子侧变流器中开关管的导通与关断，进而来调控转子侧变流器的输出电压信号。

电压无功控制环7包括：减法器单元，用于对参考信号和反馈信号做差得到误差信号；控制器单元，母线电压控制器用于对电压进行闭环处理得到网侧d轴电压参考信号、无功控制器用于对网侧无功功率进行闭环处理得到网侧q轴电压参考信号；网侧电流限幅单元，用于判断网侧电流是否超过限幅值，在超过限幅值后进行电流的分配得到实际网侧d、q电流参考值。

网侧电流控制环8包括：前馈单元，通过网侧d轴电流i_gd、q轴电流i_gq来计算获得前馈补偿信号V_gdc、V_gqc；控制器单元，根据网侧d轴电流指令

q轴电流指令

和实际网侧d轴电流i_gd、q轴电流i_gq，计算得到d轴误差信号、q轴误差信号，其中，第一控制器用于将d轴误差信号进行闭环调节获得网侧变流器d轴电压需求信号V_gd，第二控制器用于将q轴误差信号进行闭环调节获得网侧变流器q轴电压需求信号V_gq；调制信号生成单元，其中第一加法器用于将d轴误差信号和d轴前馈补偿信号V_gdc相加获得d轴调制信号

第二加法器用于将q轴误差信号和q轴前馈补偿信号V_gqc相加获得q轴调制信号

网侧空间矢量调制器9包括反Park变换单元：用于将两相旋转坐标系中dq电压信号

变换为两相静止电压信号

SPWMN调制模块，用于对调制信号

进行SVPWM调制来获得网侧变流器开关管的PWM控制信号S₄、S₅、S₆，该PWM控制信号S₄、S₅、S₆用于控制网侧变流器中开关管的导通与关断，进而来调控网侧变流器的输出电压信号。

桨距角控制环10包括：减法器单元，用于对参考信号和反馈信号做差得到误差信号；控制器单元，转速控制器用于对转速进行闭环处理得到转速不匹配得到的桨距角信号、有功功率控制器用于对总的有功功率进行闭环处理得到功率越界达到的桨距角信号；累加器单元：用于对两部分控制器输出加和，得到总的桨距角。

坐标变换单元11包括：Park坐标变换单元，用于将三相坐标系下的电压、电流信号通过坐标变换转换到两相旋转dq坐标系下的电压、电流信号。

本实施例提升了弱电网下双馈风机功率传输极限，引入功率分配器、转子电流限幅环节和网侧电流限幅环节，使得在维持并网点电压恒定的基础上，双馈风机的变换器容量得到充分利用，有效的提升了双馈风机的功率传输极限，具体地，包括：在无功功率的上层控制中引入电压控制环节，无功功率分配环节，在底层控制中引入转子、网侧电流限幅环节，使得双馈风机优先利用网侧变换器输出无功功率，在网侧变换器达到饱和后转子侧变换器接管无功功率的输出，可在维持并网点电压恒定的情况下有效提升弱电网下双馈风机的传输极限且兼顾变换器达到饱和后功率传输的稳定性。因此，本实施例方法是一种弱电网下提升双馈风机功率传输极限的控制方法，具有通用性，适用于强弱电网下双馈风机的控制，简单可行，可有效提高弱电网甚至极弱电网下双馈风机的功率传输极限。同时可维持并网点电压保持恒定，不仅无需投入任何硬件装置的，而且充分利用了变换器的容量。

具体的，功率分配环节的输入信号可根据实际改变。具体为：

输入信号除由电压控制器输出的总的无功功率和网侧实时无功功率2个必要信号外，可加入网侧dq电流信号或者网侧电流幅值信号；

确保网侧无功功率参考信号和网侧实际无功功率匹配，确保网侧无功控制器可控。

具体的，功率分配环节可根据实际改变。具体为：

网侧无功功率参考值

等于总的无功功率

定子无功功率参考值

或者，加入网侧电流幅值信号后，根据网侧电流幅值信号判断网侧电流是否超过限幅值，如否，则网侧无功功率参考值

等于总的无功功率

定子无功功率参考值

如是，则网侧无功功率参考值

等于实时网侧无功功率Q_g，定子无功功率参考值

网侧变换器始终可控，转子侧、网侧无功功率分配关系更为明确。

具体的，转子侧、网侧电流限幅值可根据实际需要而取值。

设置转子侧、网侧电流限幅值，避免输出电流超过转子侧、网侧变换器的电流承受能力，造成开关器件损坏。

本实施例方法利用网侧变换器优先发出无功功率来维持电网电压恒定，在网侧变换器达到饱和后转子侧变换器接管发出无功功率的任务。本方法保持了原系统的的控制结构，仅在原控制基础上添加了上层控制和对底层控制进行了微调，具有结构简单、维持并网点电压恒定、充分利用了变换器容量等多种控制目标的优点，极大地提高了双馈风机在弱电网甚至极弱电网下传输功率极限。

为了更好的说明本实施本例方法的效果，现以由60台1.5MW典型双馈风机组成的风电场连接至不同电网程度的电网为例，进行了仿真研究。仿真期间，30s至120s期间风速由8m/s上升至12.5m/s，120s后，风速维持为12.5m/s不变。在短路比等于4(强电网)的情况下使用本实施例提出控制方法得到的系统仿真图如如图8所示，图8中的(a)为风机向电网输出的总有功功率、定子有功功率和网侧有功功率的变化，总的有功功率输出的上限可以达到1p.u.；图8中的(b)为风机向电网输出的总无功功率、定子无功功率和网侧无功功率的变化，总的无功输出功率完全由网侧发出；图8中的(c)为双馈风机的转子电流的变化，转子q轴电流维持不变；图8中的(d)为双馈风机的网侧电流的变化，网侧q轴电流持续增加；图8中的(e)为双馈风机的定子电流的变化，定子q轴电流恒定为0；图8中的(f)为并网点电压的变化，并网点电压恒定为1p.u.。图8中的(g)为转速的变化，转速最终恒定在1.2p.u.；图8中的(h)为桨距角的变化，桨距角接近0度。在短路比等于1.2(弱电网)的情况下使用本实施例提出控制方法得到的系统仿真图如如图9所示，图9中的(a)为风机向电网输出的总有功功率、定子有功功率和网侧有功功率的变化，总的有功功率输出的上限无法达到1p.u.；图9中的(b)为风机向电网输出的总无功功率、定子无功功率和网侧无功功率的变化，总的无功输出功率完全先由网侧发出，后由网侧和定子侧共同发出；图9中的(c)为双馈风机的转子电流的变化，转子电流最终达到限幅值；图9中的(d)为双馈风机的网侧电流的变化，网侧电流达到限幅值后q轴电流减小；图9中的(e)为双馈风机的定子电流的变化，定子q轴电流先维持不变，后持续增加；图9中的(f)为并网点电压的变化，并网点电压恒定为1p.u.。图9中的(g)为转速的变化，转速最终大于额定值1.2p.u.；图9中的(h)为桨距角的变化，桨距角最终接近1.5度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。