CN113300417B - 一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统 - Google Patents

一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统，属于双馈风机技术领域。具体包括：一旦检测到电网发生严重电压跌落，将立即切换双馈风机的转子电流控制模式，故障期间转子q轴参考电流根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到，转子d轴电流由有功功率环计算得到，其中有功功率参考指令由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率决定。本发明在故障期间电网频率发生变化时，依然可以保证双馈系统的同步稳定性，且故障时仅需增加检测电网电阻这一变化量，具有检测变量少、且能实现严重电网故障下系统频率变化时双馈风机依然具备与电网同步的能力以及动态无功补偿等多种控制目标的优点，极大地增强了严重电压跌落下双馈风机的同步稳定性。

Description

一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统
技术领域
本发明属于双馈风机技术领域，更具体地，涉及一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统。
背景技术
短路故障为电力系统常见事故，但是，随着电力系统中新能源发电装备接入比例的提高，短路故障引起的端口电压跌落会严重威胁新能源发电装备的稳定运行。双馈风电机因其变换器容量的限制使得其故障穿越难度相对于其它新能源发电装备更为困难。实际应用中双馈风机通常在检测到电网故障后立刻投入撬棒(Crowbar)的方式来承受电压跌落期间的暂态电流，从而有效避免转子侧变流器过压过流。在撬棒投入一段时间后，再将撬棒切出，双馈机组的控制系统接管后续的控制，但是，此时的控制目标主要为针对转子d、q电流的控制，电网导则详细规定了转子q轴电流的取值，而对于d轴电流的控制，强电网下通常取为0。
上述双馈风电机组的低电压穿越期间的控制过程适用于强电网下电压跌落大于0.2p.u.的工况，但是针对更深的电压跌落情况(电压≤0.2p.u.)以及更具代表性的弱电网工况，故障穿越的第一阶段依然延续了撬棒投入的方式来规避转子侧的过电压、过电流。但是，第二阶段，在撬棒切出后，如果直接切换为当前常见的转子电流控制，双馈系统可能会失去同步稳定性，即双馈风电系统无法与电网保持同步。为此，一些学者对故障穿越第二阶段的电流参考指令进行改进，一类方法通过估算线路电阻和电感值并通过两者的比值和转子q轴电流的乘积获得转子d轴电流的参考指令。但是，这种方法需要事先获取线路电阻和电感值，但是线路电阻、电感值会通常会存在变化，继而限制了其在实际中的应用。另一类方法通过额定频率和由锁相环检测的实际频率的差值经过PI控制器得到转子d轴电流指令的参考值，该方法基于故障期间系统频率不变的假设，然而，短路故障期间新能源场站必然会出现输出功率大幅减少，继而导致系统频率降低的情况。并且，这种控制方法在频率发生偏移时会导致双馈风机失去稳定性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明为了解决严重电网电压跌落工况下现有技术无法在系统频率变化时保持双馈风机的同步稳定性以及电网阻抗估算不准确的问题，提出了一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法及系统，能适用于深度电网故障、检测变量少、且简单可行。
本发明一方面提供了一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法，包括以下步骤：
S1.将采样检测到的三相定子电压进行坐标变换得到定子电压幅值Us，若Us>0.2，判断此时为正常工况或非严重电网电压跌落工况，否则进入S2；
S2.由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；
S3.根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。当检测到电网电压严重跌落时，故障检测环节发出使能信号，切换转子d、q轴电流参考指令的控制模式至控制模式2，控制模式2中转子d轴参考电流由有功功率环计算得到，转子q轴参考电流由电网电压跌落深度和电网导则需求决定。
进一步地，故障下转子d轴参考电流具体获取方法为：
将采样检测到的三相定子电流进行坐标变换得到定子电流幅值Is，结合电网电阻Rg得到有功功率参考指令Ploss；
根据定子电压d、q轴分量和定子电流d、q轴分量得到实时有功功率量Ps；
有功功率参考指令和实时有功功率作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流。
其中，三相静止坐标系下的定子电压Usabc、定子电流Isabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压Usd、定子q轴电压Usq、定子电流Isd和q轴电流Isq，则定子电流幅值
Figure BDA0003084268220000031
有功功率参考指令
Figure BDA0003084268220000032
有功功率量Ps：Ps＝1.5(UsdIsd+UsqIsq)。
有功功率参考指令Ploss和实时有功功率Ps作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流
Figure BDA0003084268220000033
进一步地，电网电阻Rg的计算方法包括：
采集三种不同输出功率
Figure BDA0003084268220000034
下电机的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000035
和定子电流信号
Figure BDA0003084268220000036
其中i＝1，2，3；
通过坐标变换，将三相静止坐标系下的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000037
变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压
Figure BDA0003084268220000038
q轴电压
Figure BDA0003084268220000039
将三相静止坐标系下的定子电流信号变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流
Figure BDA00030842682200000310
q轴电流
Figure BDA00030842682200000311
并据此计算电压幅值
Figure BDA00030842682200000312
根据所述定子d轴电压
Figure BDA00030842682200000313
q轴电压
Figure BDA00030842682200000314
和所述定子d轴电流
Figure BDA00030842682200000315
q轴电流
Figure BDA00030842682200000316
获得定子输出有功功率
Figure BDA00030842682200000317
无功功率
Figure BDA00030842682200000318
电网阻抗可以表示为：
Figure BDA0003084268220000041
其中，Rg为电网电阻，Xg为电网感抗。
本发明的另一方面提供了一种增强双馈风机同步稳定性的控制系统，包括：采样处理模块、转子参考电流计算模块、空间矢量调制模块；
所述采样处理模块用于将采样检测到的三相定子电压和三相定子电流进行坐标变换得到定子电压幅值Us和定子电流幅值Is；
所述转子参考电流计算模块用于由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；
所述空间矢量调制模块用于根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。
当检测到电网故障时，故障检测环节发出使能信号，切换转子d、q轴电流参考指令的控制模式至控制模式2，控制模式2中转子d轴参考电流由有功功率环计算得到，转子q轴参考电流由电网电压跌落深度和电网导则需求决定。
更进一步地，所述故障检测环节具体为：
采集双馈电机的三相定子电压Usabc；
通过坐标变换将三相静止坐标系下的定子电压Usabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压Usd和q轴电压Usq；
如果定子电压幅值Usd≤0.2，则故障检测环节输出切换信号flag＝1，dq轴转子参考电流切换为控制模式2，控制模式2中转子d轴参考电流由有功功率环计算得到，转子q轴参考电流由电网电压跌落深度和电网导则需求决定；否则，flag＝0，dq轴转子参考电流由控制模式1决定，控制模式1为正常工况或非严重电网电压跌落工况下的控制方式。
更进一步地，所述控制模式2的转子d轴参考电流的获取方法具体为：
采集双馈电机的三相定子电压、电流信号Usabc、Isabc；
通过坐标变换将三相静止坐标系下的定子电压Usabc、定子电流Isabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压Usd、定子q轴电压Usq、定子d轴电流Isd和q轴电流Isq；
计算定子电流幅值
Figure BDA0003084268220000051
根据电网阻抗计算环节得到的电阻Rg结合定子电流幅值Is计算有功功率参考指令
Figure BDA0003084268220000052
根据定子电压d、q轴分量和定子电流d、q轴分量计算实时有功功率量Ps：Ps＝1.5(UsdIsd+UsqIsq)；
有功功率参考指令Ploss和实时有功功率Ps作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流
Figure BDA0003084268220000053
更进一步地，所述控制模式2电网阻抗计算环节包括：
采集三种不同输出功率
Figure BDA0003084268220000054
下双馈电机的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000055
和定子电流信号
Figure BDA0003084268220000056
其中i＝1，2，3；
通过坐标变换，将三相静止坐标系下的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000057
变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压
Figure BDA0003084268220000058
q轴电压
Figure BDA0003084268220000059
将三相静止坐标系下的定子电流信号变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流
Figure BDA00030842682200000510
q轴电流
Figure BDA00030842682200000511
并据此计算电压幅值
Figure BDA00030842682200000512
根据所述定子d轴电压
Figure BDA00030842682200000513
q轴电压
Figure BDA00030842682200000514
和所述定子d轴电流
Figure BDA00030842682200000515
q轴电流
Figure BDA0003084268220000061
获得定子输出有功功率
Figure BDA0003084268220000062
无功功率
Figure BDA0003084268220000063
电网阻抗可以表示为：
Figure BDA0003084268220000064
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采用完全补偿线路有功损耗的方法，实现严重电网故障下双馈风机的同步稳定运行；本发明方法保留了锁相环对电网频率跟踪的作用，使得电网频率出现波动时，风机仍然能够准确追踪电网频率，继而可以保证双馈风机的同步稳定性；
(2)本发明提供的控制方法可动态检测电网阻抗的变化，而非恒为常数，电网电阻估算具备更高的准确度；
(3)本发明提供的控制方法所需变量少，仅需计算电网线路的电阻值即可在严重电网故障(Us≤0.2)下仍然可以保证双馈风机的同步稳定性。
附图说明
图1为本发明提出的深度电压跌落故障下增强双馈风机同步稳定性的控制方法的控制框图；；
图2为本发明所述方法在深度故障下频率不偏移和频率偏移的仿真结果；
其中，深度故障下频率不偏移的仿真结果为：(a)为电网电压幅值，(b)为电网频率，(c)为转子dq轴电流，(d)为输送至电网的有功功率；
深度故障下频率发生偏移的仿真结果为：(e)为电网电压幅值，(f)为电网频率，(g)为转子dq轴电流，(h)为输送至电网的有功功率。
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。
本发明提供了一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法，包括：
S1.将采样检测到的三相定子电压进行坐标变换得到定子电压幅值Us，若Us>0.2，判断此时为正常工况或非严重电网电压跌落工况，否则进入S2；
S2.由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；
S3.根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。当检测到电网电压严重跌落时，故障检测环节发出使能信号，切换转子d、q轴电流参考指令的控制模式至控制模式2，控制模式2中转子d轴参考电流由有功功率环计算得到，转子q轴参考电流由电网电压跌落深度和电网导则需求决定。
本发明还提供了一种增强双馈风机同步稳定性的控制系统，包括：采样处理模块、转子参考电流计算模块、空间矢量调制模块；
所述采样处理模块用于将采样检测到的三相定子电压和三相定子电流进行坐标变换得到定子电压幅值Us和定子电流幅值Is；
所述转子参考电流计算模块用于由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；
所述空间矢量调制模块用于根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。
实施例
一种深度电压跌落故障下增强双馈风机同步稳定性的控制方法，如图1所示，包括：
S1.采集三相定子电压Usabc，经过坐标变换得到定子电压幅值Us，如果定子电压幅值Us≤0.2，则故障检测环节输出切换信号flag＝1，dq轴转子参考电流切换为控制模式2，否则，flag＝0，dq轴转子参考电流由控制模式1决定；
S2.电网故障下根据定子电压和电流计算有功功率和无功功率，继而根据电压，有功功率、无功功率计算线路电阻，并结合定子端口输出电流计算控制模式2的有功功率参考指令；
S3.根据有功功率参考指令和实时有功功率经过PI控制器得到转子d轴电流参考指令，根据电网电压跌落深度和电网导则得到转子q轴电压参考指令；
S4.基于转子侧、网侧的实际电流参考信号，转子侧控制器输出转子侧变换器所需的调制信号，控制变换器输出有功、无功功率，维持双馈风机的稳定性。
步骤S1具体可为：采集双馈电机的三相定子电压Usabc；通过坐标变换将三相静止坐标系下的定子电压Usabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压Usd和q轴电压Usq；如果定子电压幅值Usd≤0.2，则故障检测环节输出切换信号flag＝1，dq轴转子参考电流切换为控制模式2，否则，flag＝0，dq轴转子参考电流由控制模式1决定。
步骤S2具体可为：
采集三种不同输出功率
Figure BDA0003084268220000091
下双馈电机的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000092
和定子电流信号
Figure BDA0003084268220000093
其中i＝1，2，3；
通过坐标变换，将三相静止坐标系下的定子电压信号
Figure BDA0003084268220000094
变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压
Figure BDA0003084268220000095
q轴电压
Figure BDA0003084268220000096
将三相静止坐标系下的定子电流信号变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流
Figure BDA0003084268220000097
q轴电流
Figure BDA0003084268220000098
并据此计算电压幅值
Figure BDA0003084268220000099
根据所述定子d轴电压
Figure BDA00030842682200000910
q轴电压
Figure BDA00030842682200000911
和所述定子d轴电流
Figure BDA00030842682200000912
q轴电流
Figure BDA00030842682200000913
获得定子输出有功功率
Figure BDA00030842682200000914
无功功率
Figure BDA00030842682200000915
电网阻抗可以表示为：
Figure BDA00030842682200000916
采集双馈电机的实时三相定子电压、电流信号Usabc、Isabc；
通过坐标变换将三相静止坐标系下的定子电压Usabc、定子电流Isabc变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压Usd、定子q轴电压Usq、定子d轴电流Isd和q轴电流Isq；
计算定子电流幅值
Figure BDA00030842682200000917
根据电网阻抗计算环节得到的电阻Rg结合定子电流幅值Is计算有功功率参考指令
Figure BDA00030842682200000918
步骤S3具体可为：
根据定子电压d、q轴分量和定子电流d、q轴分量计算实时有功功率量Ps：Ps＝1.5(UsdIsd+UsqIsq)；
有功功率参考指令Ploss和实时有功功率Ps作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流
Figure BDA00030842682200000919
转子q轴电流参考指令
Figure BDA0003084268220000101
由电网电压跌落深度和电网导则决定。
步骤S4具体可为：
在获得转子d、q轴参考电流指令后
Figure BDA0003084268220000102
后，根据转子d轴电流指令
Figure BDA0003084268220000103
转子q轴电流指令
Figure BDA0003084268220000104
分别和实际转子d轴电流Ird、q轴电流Irq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Vrd、q轴电压需求信号Vrq；根据转子d轴电流Ird和q轴电流Irq生成d轴前馈信号Vrdc、q轴前馈信号Vrqc；其中，
Figure BDA0003084268220000105
前馈信号Vrdc、Vrqc由解耦前馈项-ω2σLrirq、ω2σLrird和感应电动势前馈项Erd、Erq两部分组成，ω2为转差角频率，σ为漏感系数，Lr为转子自感，Erd为转子侧感应电动势的d轴分量，Erq为转子侧感应电动势的q轴分量；根据前馈信号Vrdc、Vrqc和转子侧变流器d轴电压需求信号Vrd、转子侧变流器q轴电压需求信号Vrq，获得调制信号
Figure BDA0003084268220000106
其中，
Figure BDA0003084268220000107
最后，根据转子调制信号
Figure BDA0003084268220000108
根据相位信息θpll和转子位置角θr进行反坐标变换得到两相静止坐标系下转子调制电压
Figure BDA0003084268220000109
对调制信号
Figure BDA00030842682200001010
Figure BDA00030842682200001011
进行SVPWM调制，获得转子侧变流器开关管的PWM控制信号Sa、Sb、Sc。
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、电网阻抗计算单元2、有功功率指令计算单元3、转子电流指令计算单元4、转子电流控制环5、空间矢量调制器6、转子侧变换器7。其中，采样处理单元1的输入端连接至双馈电机定转子侧，用于采集定转子电压电流信号、电机转子角信号以及并网点电压的相位角信号，其输出端中的定子测量量连接至电网阻抗计算单元2的输入端，其输出端中的定子电压、电流测量量连接至有功功率指令计算单元3的输入端，其输出端中的定子电压测量量连接至转子电流指令计算单元4的输入端，其输出端中的转子测量量连接至转子电流控制环5的反馈输入端；电网阻抗计算单元2根据所述的定子测量量计算出有功功率、无功功率以及电网线路阻抗，其输出端中的线路电阻测量量连接至有功功率指令计算单元3的输入端；有功功率指令计算单元3根据所述的电阻计算量和电网电压测量给出标志信号和故障下有功功率参考指令，其输出端中的有功功率参考指令和标志信号连接至转子电流指令计算单元4的输入端；转子电流指令计算单元4根据所述的有功功率参考指令和标志信号计算转子d、q轴参考电流指令，其输出端中的转子d、q轴参考电流指令连接至转子电流控制环5的输入端；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7的开关信号输入端。
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Usabc、定子交流电流信号Isabc、转子交流电流信号Irabc；编码器单元，用于获得双馈电机的转子角θr和转子角速度ωr；锁相环单元，用于根据定子电压Usabc来获得出并网点电压的相位角θs；Park坐标变换单元，用于将三相静止坐标系下的转子电流信号Irabc、定子电压信号Usabc和定子电流信号Isabc变换为两相旋转坐标系下的转子d轴电流Ird、q轴电流Irq和定子d轴电压Usd、q轴电压Usq以及定子d轴电流Isd、q轴电流Isq。
电网阻抗计算单元2包括：功率计算模块，用于根据定子d、q轴电压Usd、Usq以及定子d、q轴Isd、Isq计算定子有功功率Ps和无功功率Qs；电网阻抗计算模块，用于根据有功功率Ps、无功功率Qs和电网电压计算电网线路电阻Rg。
有功功率指令计算单元3包括：故障检测模块，用于判断电网电压故障并给出使能信号；有功功率指令计算模块，用于计算故障期间双馈风机的有功功率参考指令Ploss。
转子电流指令计算单元4包括：减法器模块，用于对参考信号和反馈信号做差得到误差信号；控制器模块，用于对有功功率进行闭环处理得到转子d轴电流参考信号；模式切换模块，用于正常工况下的控制和故障下控制模式的切换。
转子电流控制环5包括：前馈单元，通过转子d轴电流Ird、q轴电流Irq来计算获得前馈补偿信号Vrdc、Vrqc；控制器单元，根据转子d轴电流指令
Figure BDA0003084268220000121
q轴电流信号
Figure BDA0003084268220000122
和实际转子d轴电流Ird、q轴电流Irq，计算得到d轴误差信号、q轴误差信号，其中，d轴PI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Vrd，q轴PI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Vrq；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Vrdc相加获得d轴调制信号
Figure BDA0003084268220000123
第二加法器用于将q轴误差信号和q轴前馈补偿信号Vrqc相加获得q轴调制信号
Figure BDA0003084268220000124
空间矢量调制器6用于将两相旋转坐标系中dq电压信号
Figure BDA0003084268220000125
进行SVPWM调制来获得转子侧变流器开关管的PWM控制信号Sa、Sb、Sc，该PWM控制信号Sa、Sb、Sc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。
转子侧变换器7用于根据开关信号产生相应的转子电流。
本实施例增强了深度电压跌落故障下双馈风机同步稳定性，根据故障检测环节给出的标志信号切换双馈风电机组的控制模式，具体地，包括：引入电网阻抗计算单元，故障下有功功率计算单元，转子d、q轴电流计算单元，切换故障下转子dq电流的参考指令，使得双馈风机在严重电网故障下依然可以保持系统的稳定性。因此，本实施例方法适用于深度电压跌落故障下双馈风机的控制，具有计算变量少，且适用于严重电网故障下电网频率发生偏移场景下双馈风机的稳定控制，简单可行，可有效增强深度电压跌落故障下双馈风机同步稳定性。
为了更好的说明本实施本例方法的效果，本发明以60台典型参数下的1.5MW双馈风机为例，进行了仿真研究。电网的短路比为2，X/R的比值为8，故障发生前，双馈机组稳定输出0.58p.u.有功功率，5s时电网电压跌落至0.02p.u.，15s时电网恢复正常，分别在系统频率不偏移和系统频率发生偏移的工况下，运用本发明提出控制方法双馈风机的控制，在系统频率不偏移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2左半边所示，图2中的(a)为电网频率不偏移工况下电网电压变化，5s～15s期间电网电压为0.02p.u.；图2中的(b)为电网频率的波形，系统频率始终维持在50Hz；图2中的(c)为双馈风机的转子电流的变化，双馈系统为稳定的；图2中的(d)为输送至电网的功率的变化，故障期间输送至电网的功率为0；在系统频率发生偏移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2右半边所示，图2中的(e)为电网频率不偏移工况下电网电压变化，5s～15s期间电网电压为0.02p.u.；图2中的(f)为电网频率的波形，5s～15s期间电网频率降为49Hz；图2中的(g)为双馈风机的转子电流的变化，双馈系统在系统频率发生变化时仍然是稳定的；图2中的(h)为输送至电网的功率的变化，故障期间输送至电网的功率同样为0。
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。

Claims (3)

1.一种增强双馈风机同步稳定性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将采样检测到的三相定子电压进行坐标变换得到定子电压幅值Us，若Us>0.2，判断此时为正常工况或非严重电网电压跌落工况，否则进入S2；
S2.由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；所述故障下转子d轴参考电流具体获取方法为：
将采样检测到的三相定子电流进行坐标变换得到定子电流幅值Is，结合电网电阻Rg得到有功功率参考指令Ploss；所述电网电阻Rg的计算方法包括：
采集三种不同输出功率下电机的定子电压信号
Figure FDA0003559191370000011
和定子电流信号
Figure FDA0003559191370000012
其中i＝1，2，3；
通过坐标变换，将三相静止坐标系下的定子电压信号
Figure FDA0003559191370000013
变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压
Figure FDA0003559191370000014
q轴电压
Figure FDA0003559191370000015
将三相静止坐标系下的定子电流信号变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流
Figure FDA0003559191370000016
q轴电流
Figure FDA0003559191370000017
并据此计算电压幅值
Figure FDA0003559191370000018
根据所述定子d轴电压
Figure FDA0003559191370000019
q轴电压
Figure FDA00035591913700000110
和所述定子d轴电流
Figure FDA00035591913700000111
q轴电流
Figure FDA00035591913700000112
获得定子输出有功功率
Figure FDA00035591913700000113
无功功率
Figure FDA00035591913700000114
电网阻抗可以表示为：
Figure FDA00035591913700000115
其中，Rg为电网电阻，Xg为电网感抗；
根据定子电压d、q轴分量和定子电流d、q轴分量得到实时有功功率量Ps；
有功功率参考指令和实时有功功率作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流；
S3.根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。
2.一种增强双馈风机同步稳定性的控制系统，其特征在于，包括：采样处理模块、转子参考电流计算模块、空间矢量调制模块；
所述采样处理模块用于将采样检测到的三相定子电压和三相定子电流进行坐标变换得到定子电压幅值Us和定子电流幅值Is；
所述转子参考电流计算模块用于由实时检测的电网电阻上所消耗的有功功率得到有功功率参考指令Ploss，结合实时有功功率Ps得到故障下转子d轴参考电流；根据电网电压跌落深度和电网导则标准得到转子q轴参考电流；所述故障下转子d轴参考电流具体获取方法为：
将采样检测到的三相定子电流进行坐标变换得到定子电流幅值Is，结合电网电阻Rg得到有功功率参考指令Ploss；所述电网电阻Rg的计算方法包括：
采集三种不同输出功率下电机的定子电压信号
Figure FDA0003559191370000021
和定子电流信号
Figure FDA0003559191370000022
其中i＝1，2，3；
通过坐标变换，将三相静止坐标系下的定子电压信号
Figure FDA0003559191370000023
变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电压
Figure FDA0003559191370000024
q轴电压
Figure FDA0003559191370000025
将三相静止坐标系下的定子电流信号变换为两相旋转坐标系下的定子d轴电流
Figure FDA0003559191370000026
q轴电流
Figure FDA0003559191370000027
并据此计算电压幅值
Figure FDA0003559191370000028
根据所述定子d轴电压
Figure FDA0003559191370000029
q轴电压
Figure FDA00035591913700000210
和所述定子d轴电流
Figure FDA00035591913700000211
q轴电流
Figure FDA00035591913700000212
获得定子输出有功功率
Figure FDA00035591913700000213
无功功率
Figure FDA00035591913700000214
电网阻抗可以表示为：
Figure FDA0003559191370000031
其中，Rg为电网电阻，Xg为电网感抗；
根据定子电压d、q轴分量和定子电流d、q轴分量得到实时有功功率量Ps；
有功功率参考指令和实时有功功率作差经过PI控制器得到故障下转子d轴参考电流；
所述空间矢量调制模块用于根据d、q轴转子参考电流生成转子侧变换器d、q轴电压调制信号，实现由转子侧变换器控制双馈风机有功功率和无功功率输出。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述采样处理模块包括故障检测单元，若定子电压幅值Us≤0.2，则故障检测单元输出切换信号flag＝1，否则，flag＝0，判断此时为正常工况或非严重电网电压跌落工况。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2714887A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Generating apparatus and control method thereof
CN104410098A (zh) * 2015-01-07 2015-03-11 上海电机学院 双馈异步发电机组低电压穿越控制系统及其控制方法
CN105353304A (zh) * 2014-08-21 2016-02-24 国家电网公司 一种风电机组电气模型低电压穿越特性验证方法
CN108429284A (zh) * 2018-03-29 2018-08-21 合肥工业大学 基于电压源输出双馈风电机组的谐波电压比例前馈补偿方法
CN110601268A (zh) * 2019-10-29 2019-12-20 中国石油大学(华东) 一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2714887A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Generating apparatus and control method thereof
CN105353304A (zh) * 2014-08-21 2016-02-24 国家电网公司 一种风电机组电气模型低电压穿越特性验证方法
CN104410098A (zh) * 2015-01-07 2015-03-11 上海电机学院 双馈异步发电机组低电压穿越控制系统及其控制方法
CN108429284A (zh) * 2018-03-29 2018-08-21 合肥工业大学 基于电压源输出双馈风电机组的谐波电压比例前馈补偿方法
CN110601268A (zh) * 2019-10-29 2019-12-20 中国石油大学(华东) 一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Impedance-Based Small-Signal Modeling and Stability Analysis of Type-3 Wind Turbines in Weak Grid;Donghai Zhu等;《2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)》;20191128;全文 *
双馈电机驱动的飞轮储能系统稳定运行控制方法;陈仲伟等;《电力科学与技术学报》;20210131;全文 *

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