一种DFIG限流灭磁控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种DFIG限流灭磁控制方法及系统。

背景技术

由于双馈感应发电机(DFIG)变流器容量小并且其功率灵活可调，基于DFIG的风力发电系统在新能源发电中所占的比重越来越大。但是，由于目前的风电场大多都分布在较偏远的地区，因而需要较长的传输线路，线路阻抗不可忽略，故通常呈现弱电网的特性，在弱电网的条件下，风电并网点(PCC)通常会发生电压骤变、电压不平衡等一系列电能质量问题。

当前DFIG的控制在非理想电网条件下，比如电压骤变或者频率骤变等情况下，DFIG的控制无法快速准确获取电网电压信号，同时，在电压骤降是产生的较大的转子冲子电流与暂态磁链衰减缓慢的问题，给电机以及设备带来一定的危害，影响后续DFIG控制的准确性，并且可能会引发潜在的稳定性问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种DFIG限流灭磁控制方法及系统，根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值，然后基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制制，可以快速准确控制DFIG转子变流器中的功率开关器件，保证系统的稳定运行。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

优选的，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值。

优选的，所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

进一步的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q

上式中，u

进一步的，当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

上式中，I

进一步的，所述定子磁链ψ

上式中，U

进一步的，所述转子转速角频率ω

上式中，θ为坐标变换相位角。

进一步的，所述根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项，包括：

根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

根据定子磁链确定电压解耦项；

根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

进一步的，所述转子电压矢量

上式中，K

进一步的，所述转子电压补偿量

上式中，R

进一步的，所述电压解耦项E

上式中，R

进一步的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

进一步的，所述DFIG转子电流参考矢量

上式中，k灭磁系数，I

优选的，所述DFIG转子电压参考值

上式中，E

优选的，所述基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制，包括：

利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值

将所述

利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

进一步的，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

上式中，

本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制系统，其改进之处在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

第一确定模块，用于根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

第二确定模块，用于根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

第三确定模块，用于根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

控制模块，用于基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

优选的，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值。

优选的，所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

进一步的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q

上式中，u

进一步的，当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

上式中，I

进一步的，所述定子磁链ψ

上式中，U

进一步的，所述转子转速角频率ω

上式中，θ为坐标变换相位角。

进一步的，所述第二确定模块，包括：

第一确定单元，用于根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

第二确定单元，用于根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

第三确定单元，用于根据定子磁链确定电压解耦项；

第四确定单元，用于根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

进一步的，所述转子电压矢量

上式中，K

进一步的，所述转子电压补偿量

上式中，R

进一步的，所述电压解耦项E

上式中，R

进一步的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

进一步的，所述DFIG转子电流参考矢量

上式中，k灭磁系数，I

优选的，所述DFIG转子电压参考值

上式中，E

优选的，所述控制模块，包括：

获取单元，用于利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值

输出单元，用于将所述

控制单元，用于利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

进一步的，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

上式中，

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明的一种DFIG限流灭磁控制方法及系统，通过获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数，根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据，根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项，根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值，基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。本发明提供的技术方案有效地抑制了电网电压跌落瞬间转子冲击电流，加快了定子暂态磁链的衰减速度，进而提高了控制系统的可靠性。

本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制方法及系统，通过预设的虚拟电阻，有效地抑制了电网电压跌落瞬间转子冲击电流，同时通过谐振器对转子电流矢量进行控制，加快了定子暂态磁链的衰减速度，进而避免了在低电压穿越时传统控制方法无法快速准确地和电网电压矢量同步进而影响控制效果以及导致稳定性问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制方法的流程图；

图2是本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制方法中DFIG发电机组的系统结构图；

图3是本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制方法的控制原理图；

图4是本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制方法仿真波形图；

图5是本发明提供的一种DFIG限流灭磁控制系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制方法，如图1所示，所述方法包括：

获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

在本发明的实施例中，所述DFIG发电机组的系统结构如图2所示，由齿轮箱、DFIG发电机、机侧变流器、网侧变流器、变压器和电网组成。

在本发明的实施例中，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值；

所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

在本发明的实施例中，如图3所示，利用三个电压霍尔传感器3采集电网与DFIG发电系统1组成的系统中电网侧三相电压u

将得到的定子电压矢量U

根据得到的电网电压矢量U

将得到的定子电压矢量U

将得到的DFIG定子侧输出的有功功率P

将得到的转子电压参考值经过虚拟dq旋转坐标系到两相静止坐标系变换模块12得到两相静止αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

在本发明的实施例中，所述采集到的电压和电流信号经过坐标变换得到虚拟dq坐标系下电网电压矢量U

上式中，u

具体的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q

上式中，u

在本发明的实施例中，当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

上式中，I

其中，所述定子电压幅值V

所述电网电压幅值V

上式中，u

具体的，所述定子磁链ψ

上式中，U

具体的，所述转子转速角频率ω

上式中，θ为坐标变换相位角。

在本发明的实施例中，所述根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项，包括：

根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

根据定子磁链确定电压解耦项；

根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

具体的，所述转子电压矢量

上式中，K

具体的，所述转子电压补偿量

上式中，R

具体的，所述电压解耦项E

上式中，R

进一步的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

其中，所述DFIG转子电流参考矢量

上式中，k灭磁系数，I

所述谐振控制器的传递函数G

上式中，k灭磁系数，K

在本发明的实施例中，所述DFIG转子电压参考值

上式中，E

在本发明的实施例中，所述基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制，包括：

利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值

将所述

利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

其中，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

上式中，

在本发明的实施例中，如图4所示，在电网电压在1s的时候跌落至0.6p.u.时，图中A部分为现有的控制方法仿真得到的定子侧视在功率实际输出值S

基于同一发明构思本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制系统，如图5所示，所述系统包括：

获取模块，用于获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

第一确定模块，用于根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

第二确定模块，用于根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

第三确定模块，用于根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

控制模块，用于基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

在本发明的实施例中，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值。

所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

具体的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q

上式中，u

在本发明的实施例中，当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

当

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值

上式中，I

其中，所述定子磁链ψ

上式中，U

所述转子转速角频率ω

上式中，θ为坐标变换相位角。

具体的，所述第二确定模块，包括：

第一确定单元，用于根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

第二确定单元，用于根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

第三确定单元，用于根据定子磁链确定电压解耦项；

第四确定单元，用于根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

其中，所述转子电压矢量

上式中，K

所述转子电压补偿量

上式中，R

所述电压解耦项E

上式中，R

具体的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

其中，所述DFIG转子电流参考矢量

上式中，k灭磁系数，I

在本发明的实施例中，所述DFIG转子电压参考值

上式中，E

在本发明的实施例中，所述控制模块，包括：

获取单元，用于利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值

输出单元，用于将所述

控制单元，用于利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

其中，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

上式中，

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。