CN112436558B - 双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统 - Google Patents

双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提出了双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统，构建用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；实时获取双馈风机的转子电流；根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。同时在虚拟同步转子运动方程增加调速器环节，在转子电流矢量控制中增加自动励磁调节环节，使得双馈风机(DFIG)能够在有功、无功负荷扰动下表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供频率、电压稳定主动支撑，能够提高双馈风机并网的稳定性和安全性。

Description

双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统
技术领域
本公开涉及风力发电相关技术领域，具体涉及双馈风机虚拟同步控制领域，具体的说，涉及双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
风力发电在现代电网中占据重要地位，并且随着风力发电机占比的不断提高，传统基于矢量控制的功率解耦控制下的风力发电机面临许多挑战，产生了很多问题，例如，其不能自发的响应负荷的功率变化而提供惯量响应；其进行功率支撑需要检出电网频率、电压变化后改变功率目标来完成；随着占比的不断提高，功率解耦控制经常带来次超同步振荡问题；不能脱离同步机独立带负荷运行。
为了解决这些问题，风电机组虚拟同步机控制技术被提出。现有的许多虚拟同步机控制技术都是针对全功率变流器型风电机组，其主要思想是对全功率变流器型风电机组的并网变流器输出电压进行直接控制，使其输出电压矢量具有一个虚拟转子运动方程所描述的运动特性以模仿同步电机的励磁感应电动势；此外，也有直接利用全功率变流器型风电机组的直流母线电压动态作为并网变流器输出电压矢量转速速度的方案。这些虚拟同步机控制策略并不能应用于具有很大应用规模的双馈型风力发电机组(DFIG)。
对于双馈型风力发电机组(DFIG)的控制策略，有的根据风电机组转差率对转子侧变流器(RSC)输出电压矢量进行直接控制，以构建一个具有惯量的同步旋转电压矢量，然而这种方法由于缺少电流控制环节，RSC输出电流完全取决于外部，存在过电流风险。也有的对DFIG的转子磁链或互感磁链进行控制，以使其具有和同步电机励磁磁场类似的运动特性以达到虚拟同步的方案，然而转子磁链和互感磁链同时取决于DFIG的定子电流和转子电流，不像同步电机的励磁磁场仅取决于转子电流；此外，在目前商品化的双馈型风力发电机组(DFIG)中，没有定子电流传感器，转子磁链和互感磁链的准确获取存在很大难度。因此，目前的风电机组的控制存在各种各样的问题。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统，采用转子电流矢量控制方法，使得双馈风机(DFIG)能够在有功、无功负荷扰动下表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供频率、电压稳定主动支撑，能够提高双馈风机并网的稳定性和安全性。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法，包括如下步骤：
构建用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；
实时获取双馈风机的转子电流；
根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。
一个或多个实施例提供了双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，包括：
虚拟同步坐标系构建模块：用于构建模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；
转子电流测量模块：用于实时获取双馈风机的转子电流；
端电压测量模块：用于实时获取双馈风机的端电压；
转子电流幅值参考值获取模块：用于根据端电压设定值以及实测端电压，调整转子电流幅值参考值以实现自动励磁调节功能维持端电压水平；
转子电流矢量控制模块：用于根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。
一个或多个实施例提供了双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，包括：双馈风机，所述双馈风机连接至电网，所述双馈风机的控制采用上述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开采用转子电流矢量控制方法，将双馈风机的转子电流通过构建的用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程进行控制，使得双馈风机(DFIG)能够在有功、无功负荷扰动下表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供频率、电压稳定主动支撑，能够提高双馈风机并网的稳定性和安全性。
(2)本公开为了应对虚拟同步励磁磁场转速的变化，在虚拟转子运动方程中增加调速器控制以稳定转速，响应电网的有功需求。
(3)本公开为了应对DFIG端电压的变化，在转子电流矢量控制中增加自动励磁调节控制来调节转子电流的幅值，进而调节虚拟同步励磁磁场的幅值以稳定端电压，响应电网的无功需求。
(4)本公开所提出的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法可以使双馈风机不依赖于同步机而实现独立供电运行。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是本公开实施例1的方法流程图；
图2是本公开实施例1中构建的第一虚拟同步坐标系；
图3是本公开实施例1中转子电流第一控制系统结构图；
图4是本公开实施例1中构建的带有调速器的第二虚拟同步坐标系；
图5是本公开实施例1中带有自动励磁调节的转子电流第二控制系统结构图；
图6是本公开实施例1中仿真系统示意图；
图7是本公开实施例1的仿真系统中同步机调速器结构示意图；
图8是本公开实施例1的仿真系统中同步机自动励磁调节结构示意图；
图9是本公开实施例1的仿真实验场景一中DFIG虚拟同步转速与同步电机转子转速比较图；
图10是本公开实施例1的仿真实验场景一中SG1输出电磁功率与汽轮机机械功率比较图；
图11是本公开实施例1的仿真实验场景一中SG2输出电磁功率与汽轮机机械功率比较图；
图12是本公开实施例1的仿真实验场景一中DFIG定子有功功率和功率参考值比较图；
图13是本公开实施例1的仿真实验场景一中DFIG端电压与同步机端电压比较图；
图14是本公开实施例1的仿真实验场景一中DFIG d轴转子电流与d轴转子电流参考值比对图；
图15是本公开实施例1的仿真实验场景一中DFIG q轴转子电流与q轴转子电流参考值比对图；
图16是本公开实施例1的仿真实验场景二中DFIG虚拟同步转速与同步电机转子转速比较图；
图17是本公开实施例1的仿真实验场景二中SG1输出电磁功率与汽轮机机械功率比较图；
图18是本公开实施例1的仿真实验场景二中SG2输出电磁功率与汽轮机机械功率比较图；
图19是本公开实施例1的仿真实验场景二中DFIG定子有功功率和功率参考值比较图；
图20是本公开实施例1的仿真实验场景二中DFIG端电压与同步机端电压比较图；
图21是本公开实施例1的仿真实验场景二中DFIG d轴转子电流与d轴转子电流参考值比较图；
图22是本公开实施例1的仿真实验场景二中DFIG q轴转子电流与q轴转子电流参考值比较图；
图23是本公开实施例1的仿真实验场景三中DFIG的虚拟同步速度；
图24是本公开实施例1的仿真实验场景三中DFIG定子功率和功率参考值比较图；
图25是本公开实施例1的仿真实验场景三DFIG端电压曲线；
图26是本公开实施例1的仿真实验场景三中DFIG d轴转子电流与d轴转子电流参考值比较图；
图27是本公开实施例1的仿真实验场景三中DFIG q轴转子电流与q轴转子电流参考值比较图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
实施例1
双馈型风力发电机组(DFIG)和同步电机之间的磁场具有清晰直接的对应关系。DFIG和同步电机一样，转子电流都可以产生一个穿过定子绕组的励磁磁场，并且该磁场会受到定子电流电枢反应的影响，有功电流、无功电流分别造成交轴电枢反应和直轴电枢反应，产生电磁转矩的变化和感应电压的变化，可以分别采取措施应对这两种变化以维持同步机的稳定运行以及满足负荷需求。不同的是，DFIG由于转子转速会在宽范围内发生变化，转子电流不应为直流，否则会使得励磁磁场转速非常不稳定，不利于并网稳定性。
基于DFIG与同步电机的这些异同点，本公开提出了一种基于虚拟同步励磁磁场的DFIG虚拟同步控制方法及系统。
该控制技术首先构建一个虚拟同步转子运动方程以模拟一个同步电机转子的运动，并提供一个虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；然后采用转子电流矢量控制，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，从而形成一个在空间中遵循虚拟转子运动方程的一个励磁磁场，即虚拟同步离磁场；
DFIG定子电流的电枢反应会影响虚拟同步坐标系的运动以及定子中的感应电压，造成虚拟同步励磁磁场转速的变化以及DFIG端电压的变化；为了应对虚拟同步励磁磁场转速的变化，在虚拟转子运动方程中增加调速器控制以稳定转速，响应电网的有功需求；为了应对DFIG端电压的变化，在转子电流矢量控制中增加自动励磁调节控制来调节转子电流的幅值，进而调节虚拟同步励磁磁场的幅值以稳定端电压，响应电网的无功需求。
在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法，基于虚拟同步励磁磁场实现控制，包括如下步骤：
步骤1、构建用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；
步骤2、实时获取双馈风机的转子电流；
步骤3、根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。
本实施例采用转子电流矢量控制方法，将双馈风机的转子电流矢量在构建的用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步坐标系下的空间位置固定以模拟同步机励磁磁场，并分别根据端电压和虚拟同步坐标系转速调节转子电流幅值和虚拟同步转子运动方程的输入功率参考值，以模拟自动励磁调节和调速器功能，使得DFIG能够在有功、无功负荷扰动下表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供频率、电压稳定主动支撑，能够提高双馈风机并网的稳定性和安全性。
步骤1中，构建的虚拟同步转子运动方程，可以具体为：
Figure BDA0002834718160000081
其中，Tm_vs为虚拟机械转矩，Te_vs为虚拟电磁转矩，Pref为DFIG的定子有功功率参考值，Pes为定子电磁功率，D为阻尼系数，J为虚拟惯量，ω为虚拟同步转子转速，ωg为定子电流矢量的旋转速度。在采用转子电流矢量控制后，DFIG转子电流中无法产生对应于同步电机阻尼绕组产生的暂态电流，从而无法产生阻尼励磁磁场和电枢磁场相对运动的阻尼电磁功率，容易造成虚拟同步转子运动方程失去稳定，因此人为地增加阻尼系数D来模拟同步电机阻尼绕组的作用。
依据此方程(1)构建一个虚拟同步坐标系，如图2所示。
其中θ为虚拟同步坐标系角度。
DFIG的转子通以直流电流，会产生穿过气隙和定子绕组的励磁磁场
Figure BDA0002834718160000091
该磁场穿过定子绕组形成励磁磁链
Figure BDA0002834718160000092
和励磁电动势
Figure BDA0002834718160000093
DFIG的定子电流会产生电枢反应对气隙磁场造成影响。和同步电机不同的是，DFIG的转子转速受到风速变化的影响，可能会存在明显的波动，转子通以直流电流而产生的DFIG的励磁磁场随着转子的转动而转动不利于稳定运行，通过构建的虚拟同步转子运动方程模拟转子运动，控制DFIG的转子电流在虚拟同步坐标系下的位置固定，从而可以使得励磁磁场
Figure BDA0002834718160000094
在空间中遵循式(1)而运动。
步骤3中，根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，具体的可以固定于虚拟同步坐标系的d轴，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器的方法步骤如图3所示，具体可以为：
步骤31、根据获取的实测转子电流数据以及虚拟同步坐标系的角度θ，获得在虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量；
步骤32、获取转子电流的幅值参考值Ir_ref，根据角度θ和虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量，采用PI运算获得转子侧调制波。
具体的，如图3所示，Ir_ref为转子电流幅值参考值，ird、irq为转子电流在虚拟同步坐标系下的d、q轴分量。本实施例中，获取实测转子电流数据的步骤之后对获取的实测转子电流数据进行dq坐标变换，在生成调制波之后进行了dq坐标反变换。
本实施例采用矢量控制对DFIG转子电流进行控制，可以有效避免转子侧变流器RSC过电流，通过转子侧调制波控制转子侧变流器能够控制DFIG的运行表现出与同步机类似的响应特性。
在图2、图3所示控制的作用下，DFIG的转子电流产生一个遵循同步电机转子运动方程的旋转励磁磁场，该励磁磁场穿过气隙和定子绕组，形成励磁磁链并在定子中产生励磁感应电动势。定子电流产生的电枢磁场会对气隙磁场产生影响，即电枢反应。虚拟同步坐标系的q轴定子电流，为有功电流分量，产生交轴电枢反应，会改变式(1)中虚拟同步转子运动方程中的定子有功功率和虚拟同步电磁转矩，引起虚拟同步坐标系转速的变化；定子有功电流也会对定子感应电动势和端电压造成一定影响。
虚拟同步坐标系的d轴定子电流，为无功电流分量，产生直轴电枢反应，会显著影响虚拟同步坐标系下气隙合成磁场的幅值，引起定子中感应电动势和定子端电压的下降。
此外，定子有功电流也会对定子感应电动势和端电压造成一定影响；虚拟同步坐标系的d轴定子电流，为无功电流分量，产生直轴电枢反应，会显著影响虚拟同步坐标系下气隙合成磁场的幅值，引起定子中感应电动势和定子端电压的下降。
为了应对虚拟同步励磁磁场转速的变化，可以在虚拟转子运动方程中增加调速器控制以稳定转速，响应电网的有功需求。
具体的，可以如图4所示，在如图2所示的虚拟同步坐标系下增加调速器环节，以维持虚拟同步转速，虚拟同步转子运动方程改进为：
Figure BDA0002834718160000111
其中，ω0为额定电角速度等于100π，Pref0为定子功率参考基准，Pf为调速器功率增量，Kf为调速器调差系数，Tf为调速器时间常数以模拟同步机的汽轮机机械功率输出变化的时间延迟。
进一步的技术方案，为了应对DFIG端电压的变化，在转子电流矢量控制中增加自动励磁调节控制来调节转子电流的幅值，进而调节虚拟同步励磁磁场的幅值以稳定端电压，响应电网的无功需求。
如图5所示，在图3所示的转子电流控制结构中增加自动励磁调节环节，调整转子电流和励磁磁场幅值，以维持气隙合成磁场和端电压的大小，同时也可以响应定子有功电流引起的端电压变化。Us_ref为定子端电压参考值，Ir0为转子电流幅值基准，ΔIr为转子电流幅值增量。
具体的，步骤32中，获取转子电流的幅值参考值Ir_ref的方法，如下：
步骤32-1、获取设定的定子端电压参考值Us_ref以及DFIG端电压的实测值Us，计算获得转子电流幅值增量ΔIr；
本实施例中，转子电流幅值增量的计算公式为：
ΔIr＝KU(Us_ref-Us) (3)
其中，KU为端电压下垂控制系数；
步骤32-2、根据转子电流幅值基准Ir0以及转子电流幅值增量ΔIr，计算获得转子电流的幅值参考值Ir_ref；
本实施例中，转子电流的幅值参考值Ir_ref的计算公式如下：
Figure BDA0002834718160000121
其中，Te为自动励磁调节时间常数。
本实施例通过虚拟同步坐标系将DFIG转子转速由于风速波动的影响消除了，但是定子功率的变化不仅会引起虚拟电磁转矩的变化，也会引起实际电磁转矩的变化，会对转子功率造成影响，转子功率通过RSC流入直流母线中，网侧变流器维持直流母线电压稳定从而将转子功率输出至电网，但由于转子功率相较于定子功率小的多，其影响可以被忽略。
为了说明本实施例控制方法的效果进行了仿真实验。
在DIgSILENTPowerFactory中搭建了如图6所示仿真系统。
其中DFIG采用本公开所提出的基于虚拟同步励磁磁场的DFIG虚拟同步控制，如图4和5所示。同步机带有自动励磁调节和调速器，其结构如图7和8所示。
其中Pt为汽轮机功率，Pt0为汽轮机功率基准，ΔPt为汽轮机功率增量，Tt为汽轮机输出功率变化时间常数。Ue为同步机直流励磁电压，Ue0为直流励磁电压基准，ΔUe为直流励磁电压增量，Te为直流励磁电压变化时间常数。
仿真系统参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002834718160000131
(1)场景一：在有功负荷接入下的运行。
负荷1为10MW，负荷2为50MW。扰动发生前，每台DFIG转速为1.1p.u.，定子功率2MW、0MVar，同时通过网侧变流器输出有功功率0.19MW；SG2定子功率10MW、0MVar；SG1维持端电压为1.0p.u.，相应的定子功率为28.4MW、1.6MVar。在t＝5s时，10MW的负荷3接入系统。仿真结果如图9-15所示。
当有功负荷接入后，DFIG和两台同步机的定子q轴电流发生变化引起交轴电枢反应发生变化，使得DFIG的虚拟电磁转矩和两台同步机的电磁转矩上升，从而输出有功功率上升，DFIG虚拟同步转速和同步电机转子转速下降，DFIG和同步机一样起到了惯量响应的作用。由于转速的下降，调速器开始增加同步机汽轮机机械功率的输出和DFIG的定子功率参考值，由于调速器增加功率的时间常数(DFIG的Tf和同步机的Tt)，机械功率和功率参考值的增加滞后于转速的变化，使得转速经过振荡变化后稳定于一个新的稳态转速。
另一方面，有功负荷的接入不仅影响DFIG和同步电机的定子q轴电流，其也会对定子的d轴电流造成影响，使去磁性质的直轴电枢反应加强，使得DFIG和两台同步机的端电压下降。此时，同步电机自动励磁调节将增大直流励磁电压以增大转子电流，增大励磁磁场幅值，从而维持端电压。类似的，DFIG也将在自动励磁调节的作用下，增大转子电流参考值，增大励磁磁场幅值，从而维持端电压。并且，可以看到，DFIG的转子电流在转子电流矢量控制结构下能够被很好地控制住，使其在虚拟同步坐标系下与d轴重合，且幅值能够准确跟踪自动励磁调节给出的参考值。
在有功负荷接入场景下，采用虚拟同步励磁磁场的虚拟同步控制的DFIG能够表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供惯量响应，一次调频以及电压控制。
(2)场景二：无功负荷接入下的运行。
负荷1为10MW，负荷2为50MW，扰动发生前，每台DFIG转速为1.1p.u.，定子功率2MW、0MVar，同时通过网侧变流器输出有功功率0.19MW；SG2定子功率10MW、0MVar；SG1维持端电压为1.0p.u.，相应的定子功率为28.4MW、1.6MVar。在t＝1s时，0.5MW、5MVar的负荷4接入系统。仿真结果如图16-图22所示。
无功负荷接入后，DFIG虚拟同步转速和同步机的转子转速没有发生明显的变化，扰动后的稳态转速略高于扰动前稳态转速，这是因为无功负荷的接入主要造成了DFIG和同步电机定子d轴电流的变化，使去磁性质的直轴电枢反应增强，使得端电压降低，此时DFIG和同步机的自动励磁调节将起作用维持端电压，但端电压依然会降低。端电压的降低会影响DFIG和同步电机q轴电流，使交轴电枢反应减弱，DFIG的虚拟同步电磁转矩和同步机的电磁转矩减小，输出有功功率下降，从而导致转速的上升，此时，为了稳定转速，DFIG和同步机的调速器将会作用，分别减小定子功率参考值和汽轮机输入机械功率，最终稳态转速相比于扰动前略有增加。在扰动发生后，DFIG的转子电流能够被转子电流矢量控制很好地控制住，其被固定于虚拟同步坐标系的d轴，且幅值能够准确跟踪自动励磁调节给出的参考值，以增大励磁磁场，维持端电压的稳定。
在无功负荷接入场景下，采用虚拟同步励磁磁场的虚拟同步控制的DFIG能够表现出与同步机类似的响应特性，为电网提供惯量响应，一次调频以及电压控制。
(3)场景三：DFIG孤岛独立带负荷运行。
负荷1为20MW，负荷2为10MW。扰动发生前，每台DFIG转速为1.1p.u.，定子功率1MW、0MVar，同时通过网侧变流器输出有功功率0.09MW；SG2定子功率10MW、0MVar；SG1维持端电压为1.0p.u.，相应的定子功率为9.1MW、0.2MVar。在t＝1s时，SG1、SG2以及负荷2从系统中切除。仿真结果如图23-27所示。
当同步机和负荷2从系统中切除后，DFIG独立带负荷运行，剩余负荷将全部由DFIG承担。DFIG定子q轴电流在扰动后发生变化引起交轴电枢反应的变化，引起虚拟电磁转矩和DFIG的输出有功功率的升高，导致DFIG的频率开始下降。频率的下降将使调速器动作，增大DFIG定子功率参考值，虚拟同步转速经过振荡后到达新的稳态转速，相比于扰动前略有下降。
另一方面，扰动也使得定子d轴电流在扰动后发生变化，使得去磁性质的直轴电枢反应增强，导致DFIG端电压下降。DFIG端电压的下降将使自动励磁调节动作，增大转子电流幅值以增大励磁磁场，稳定端电压。DFIG的转子电流能够被转子电流矢量控制很好地控制住，其被固定于虚拟同步坐标系的d轴，且幅值能够准确跟踪自动励磁调节给出的参考值。
在同步机切除，DFIG孤岛独立带负荷运行场景下，采用虚拟同步励磁磁场的虚拟同步控制的DFIG能够维持系统频率和电压的稳定，表现出与同步机类似的响应特性。
实施例2
基于实施例1的同步控制方法，本实施例提供双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，包括：
虚拟同步坐标系构建模块：用于构建模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；其中包含调速器模块。
转子电流测量模块：用于实时获取双馈风机的转子电流；
转子电流矢量控制模块：用于根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定(固定于d轴)以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。
进一步的，还包括：
端电压测量模块：用于实时获取双馈风机的端电压；
转子电流幅值参考值获取模块：用于根据端电压设定值以及实测端电压，调整转子电流幅值参考值以实现自动励磁调节功能维持端电压水平；
进一步的，转子电流矢量控制模块，还包括：
实测转子电流分解模块：用于根据获取的实测转子电流数据以及虚拟同步坐标系角度，获得在虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量；
转子侧调制波生成模块：用于根据虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量以及相应的参考值，采用PI运算获得转子侧调制波。
实施例3
基于实施例1的同步控制方法，本实施例提供基于虚拟同步励磁磁场的双馈风机控制系统，包括：双馈风机，所述双馈风机连接至电网，所述双馈风机的控制采用实施例1所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法。如图6所示，采用该控制方法的双馈风机既可以与同步机并列运行实现同步控制；也可以脱离同步机实现双馈风机系统的孤岛运行。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (6)

1.双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法，其特征是，包括如下步骤：
构建用于模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；构建的虚拟同步转子运动方程，具体为：
Figure FDA0003759427710000011
Figure FDA0003759427710000012
Figure FDA0003759427710000013
其中，Tm_vs为虚拟机械转矩，Te_vs为虚拟电磁转矩，Pref为DFIG的定子有功功率参考值，Pes为定子电磁功率，D为阻尼系数，J为虚拟惯量，ω为虚拟同步转子转速，ωg为定子电流矢量旋转速度；
在虚拟同步坐标系下增加调速器，以维持虚拟同步转速；
实时获取双馈风机的转子电流；
根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器；具体为：
根据获取的实测转子电流数据以及虚拟同步坐标系角度，获得在虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量；
获取转子电流的幅值参考值，根据固定角度和虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量，采用PI运算获得转子侧调制波；
转子电流控制结构中增加自动励磁调节环节，调整转子电流和励磁磁场幅值，以维持气隙合成磁场和端电压的大小。
2.如权利要求1所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法，其特征是：获取转子电流的幅值参考值的方法，如下：
获取设定的定子端电压参考值以及DFIG端电压的实测值，计算获得转子电流幅值增量；
根据转子电流幅值基准以及转子电流幅值增量，计算获得转子电流的幅值参考值。
3.双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，执行如权利要求1-2任一项所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法，其特征是，包括：
虚拟同步坐标系构建模块：用于构建模拟同步电机转子运动的虚拟同步转子运动方程，确定虚拟同步坐标系作为控制基准坐标系；
转子电流测量模块：用于实时获取双馈风机的转子电流；
端电压测量模块：用于实时获取双馈风机的端电压；
转子电流幅值参考值获取模块：用于根据端电压设定值以及实测端电压，调整转子电流幅值参考值以实现自动励磁调节功能维持端电压水平；
转子电流矢量控制模块：用于根据获取的转子电流数据，采用转子电流矢量控制方法，将DFIG转子电流在虚拟同步坐标系下的角度固定，以使形成的虚拟同步励磁磁场遵循虚拟转子运动方程，获得转子侧调制波用于控制转子侧变流器。
4.如权利要求3所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，其特征是，转子电流矢量控制模块包括：
实测转子电流分解模块：用于根据获取的实测转子电流数据以及虚拟同步坐标系角度，获得在虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量；
转子侧调制波生成模块：用于根据虚拟同步坐标系下实测转子电流的d轴及q轴分量以及相应的参考值，采用PI运算获得转子侧调制波。
5.双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，其特征是，包括：双馈风机，所述双馈风机连接至电网，所述双馈风机的控制采用权利要求1-2任一项所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法。
6.如权利要求5所述的双馈风机虚拟同步励磁磁场控制系统，其特征是；还包括连接在电网上的同步机，虚拟同步励磁磁场控制系统下的双馈风机与同步机并列运行或脱离同步机而独立供电运行。
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