专利名称：双馈感应风电系统抑制总有功功率波动的方法及系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种双馈感应风电系统抑制总有功功率波动的方法及系统。
背景技术：
在双馈感应风电系统中，双馈感应发电机(doubly fed inductiongenerator, DFIG)的定子与电网是直接连接的,故当电网电压不平衡时,定子电压也会不平衡，进而导致定子、转子电流不平衡，最终导致发电机输出功率及电磁转矩的波动，降低发电机的使用寿命、影响并网发电质量。因此，亟需一种双馈感应风电系统的控制方法及系统，以解决电网电压不平衡导致的定子电压不平衡问题。
发明内容
有鉴于此，本申请目的在于提供一种双馈感应风电系统抑制总有功功率波动的方法及系统，以解决电网电压不平衡下系统的输出有功功率波动的问题。为实现上述目的，本申请提供如下技术方案:一种双馈感应风电系统的抑制总有功功率波动的控制方法，应用于双馈感应风电系统，所述双馈感应风电系统包括双馈感应发电机，所述双馈感应发电机的定子侧设置有串联网侧变换器；所述方法包括:分别获取电网电压的三相电压信号uga、ugb和ug。，以及所述双馈感应发电机定子电压的三相电 压信号Usa、Usb和us。;对所述uga，ugb和ug。依次进行坐标变换、滤波，得到所述电网电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量<d+、q轴分量；对所述usa，usb和us。依次进行坐标变换、滤波，得到所述定子电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量"二、q轴分量，以及所述定子电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量《Sd-、q轴分量;对所述<d+和 :进行第一 PI调节，得到所述串联网侧变换器的正序控制电压在
正向同步旋转坐标系下的d轴分量W^eriesd+ ；对所述<11+和<+进行第一 PI调节，得到所
述串联网侧变换器的正序控制电压在正向同步旋转坐标系下的q轴分量Wj3iesq+ ;对所述
胃.进行第二 PI调节，得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的d轴分量wierieSd-;对所述(进行第二PI调节,得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的q轴分量w^eriesq - ;获取所述发电机的直流侧电压Udc ；
根据所述Ws+cricsd+、Kcncsq+、Wscricsd~、l,scrksq-和 Udc 生成串联网侧变
换器控制信号，并利用所述串联网侧变换器控制信号控制所述串联网侧变换器将所述“Lksd+、iCcncsq-、Wseriesd-和ll^estr输出至所述定子回路。优选地，所述对所述<d+和ι4进行第一 PI调节，得到所述iCcricsd+的PI调节公式为:^scricsd—( [P+ [“ ^)( 1V+ _)，所述对所述和I!;进行第一PI调节，得到所述W^rfcgq+的PI调节控制公式为:
^seriesqH-
=(Kpi+Kn/s)(u:^- ；,)；所述对所述M丄进行第二 PI调节，得到所述 ieriesd-的PI调节公式为:liScricsd —=(焉2+ Kl2 /.、.)(0-(丨—)；所述对所述 f(q—进行第二 PI调节，得到所述W〖criesq-的PI调节公式为:"scriesq -
=(Xp2+/fc/.V)(0-ll；J;其中，Kpl为所述第一 PI调节器的比例系数，Kil为所述第一 PI调节器的积分系数，Kp2为所述第二 PI调节器的比例系数，Ki2为所述第二 PI调节器的积分系数，κρ1〈ο，Κρ2〈0。优选地，所述双馈感应发电机的定子侧还设置有并联网侧变换器；所述方法还包括:对所述ea和ee进行第三坐标变换，并对所述ea和ee的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述电网电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量；分别获取所述并联网侧变换器的三相电流信号iga、igb和ig。，以及所述双馈感应发电机定子的三相电流信号isa、isb和isc ；对所述iga、igb和ig。依次进行坐标变换、滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量 +和q轴分量 +，以及所述并联网侧
变换器的三相电流信号负序分量在反向同步旋转坐标系下d轴分量 胃和q轴分量;对所述isa、isb和is。依次进行坐标变换、滤波，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量1:和q轴分量/t ；对所述Udc和直流侧电压给定值f/i进行直流侧电压PI调节，得到直流侧电压平均有功功率给定值所述Ρ;，的调节公式为:P:—m.= (Kpu+Kiu I sWl-UdeWic ;其中，Kpu 为所述直流侧电压 PI 调节器的比例系数，Kiu为所述直流侧电压PI调节器的积分系数；将所述电网电压正序分量定向于正向同步旋转坐标系的d轴，利用给定电流计算公式计算所述并联网侧变换器的正序给定电流在正向同步旋转坐标系下的d轴分量/二、q轴分量 :+，和所述并联网侧变换器的负序给定电流在反向同步旋转坐标系下的d轴分量
Iirf.' Q轴分S/...; 0所述给定电流计算公式为:
权利要求
1.一种双馈感应风电系统的抑制总有功功率波动的控制方法，其特征在于，应用于双馈感应风电系统，所述双馈感应风电系统包括双馈感应发电机，所述双馈感应发电机的定子侧设置有串联网侧变换器； 所述方法包括: 分别获取电网电压的三相电压信号Uga、ugb和ug。，以及所述双馈感应发电机定子电压的三相电压信号usa、Usb和Usc ; 对所述uga，Ugb和Ug。依次进行坐标变换、滤波，得到所述电网电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量<d+、q轴分量<+ ； 对所述usa，usb和us。依次进行坐标变换、滤波，得到所述定子电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量*以及所述定子电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量llMj-， 对所述进行第一 PI调节，得到所述串联网侧变换器的正序控制电压在正向同步旋转坐标系下的d轴分量I!:—+ ;对所述和<'.进行第一PI调节，得到所述串联网侧变换器的正序控制电压在正向同步旋转坐标系下的q轴分量《3criesq+ ;对所述进行第二 PI调节，得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的d轴分量《ierie !-;对所述进行第二 PI调节，得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的q轴分量llSerieSC1-; 获取所述发电机的直流侧电压Udc ； 根据所述"seriesd+、^scricsq+、"seriesd-、"scricsq-和 Udc 生成串联网侧变换器控制信号，并利用所述串联网侧变换器控制信号控制所述串联网侧变换器将所述 seriesd+ ' Wseriesq+ ' ^rfesdJ ^^^输出至所述定子回路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述<d+和进行第一PI调节，得到所述< _+的PI调节公式为: ^seriesd+ 所述对所述 和(进行第一 PI调节，得到所述Criesq.的P〗调节控制公式为:tiIricsq+=( K9t+Kn/S)^ 11^)； 所述对所述<1—+进行第二 PI调节，得到所述U1-Sd-的PI调节公式为:Mseries1-=C [v2+ Ka ls)(0-u；^ )； 所述对所述进行第二 PI调节，得到所述 ieriesq-的PI调节公式为:MirieSq- =(Kp2+ Ka /5)(0-();其中， Kpl为所述第一 PI调节器的比例系数，Kil为所述第一 PI调节器的积分系数，Kp2为所述第二 PI调节器的比例系数，Ki2为所述第二 PI调节器的积分系数，κρ1〈ο，Κρ2〈0。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对所述uga，Ugb和118。依次进行坐标变换、滤波，得到所述<d+和心的具体方法为:对所述1^，1^和118。进行第一坐标变换，得到所述电网电压在静止两相a β坐标轴系下的a轴分量6。和β轴分量ee ;对所述ea和ee进行第二坐标变换,并对所述ea和ee的第二坐标变换结果进行滤波,得到所述<d+和<q+ ; 所述对所述usa，usb, Usc依次进行坐标变换、滤波，得到所述《1、和々的具体方法为:对所述usa，usb，us。进行第一坐标变换，得到所述定子电压在静止两相α β坐标轴系下的α轴分量esa和β轴分量es0 ;对所述esa和es0进行第二坐标变换,并对所述eSCI和es0的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述('和<^ ;对所述esa和ese进行第三坐标变换，并对所述esa和es0的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述和 其中，所述第一坐标变换具体为将被变换参数由静止三相abc坐标系变换到静止两相α β坐标轴系；所述第二坐标变换具体为将被变换参数由静止两相α β坐标轴系变换到正向同步角速度旋转坐标系；所述第三坐 标变换具体为将被变换参数由静止两相α β坐标轴系变换到反向同步角速度旋转坐标系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述双馈感应发电机的定子侧还设置有并联网侧变换器；所述方法还包括:对所述ea和60进行第三坐标变换，并对所述ea和60的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述电网电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量q轴分量 分别获取所述并联网侧变换器的三相电流信号iga、igb和ig。，以及所述双馈感应发电机定子的三相电流信号isa、isb和isc ;对所述iga、igb和ig。依次进行坐标变换、滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量 +和q轴分量 + 以及所述并联网侧变换器的三相电流信号负序分量在反向同步旋转坐标系下d轴分量U q轴分量#w....> 对所述isa、isb和is。依次进行坐标变换、滤波，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量和q轴分量 ； 对所述Udc和直流侧电压给定值Ul进行直流侧电压PI调节，得到直流侧电压平均有功功率给定值K，；所述Kf的调节公式为:
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述iga、igb和ig。依次进行坐标变换、滤波，得到所述、C1,' 和，具体方法为: 对所述iga、igb和ig。进行第一坐标变换，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号在静止两相ct β坐标轴系下的α轴分量iga和β轴分量igg ; 对所述iga和ige进行第二坐标变换，并对所述iga和ige的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量。和q轴分量ζ +; 对所述iga和ige进行第三坐标变换，并对所述iga和ige的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号负序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量和q轴分量; 所述对所述isa、isb和is。依次进行坐标变换、滤波，得到所述4和ζ+，具体方法为: 对所述isa、isb和is。进行所述第一坐标变换，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号在静止两相α β坐标轴系下的α轴 分量isa和β轴分量isfi ; 对所述isa和ise进行第二坐标变换，并对所述isa和ise的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量/二.和Q轴分量‘。
6.一种双馈感应风电系统的控制装置，其特征在于，应用于双馈感应风电系统，所述双馈感应风电系统包括双馈感应发电机； 所述装置包括电网电压传感器、定子电压传感器、直流侧电压传感器、第一微处理器和串联网侧变换器； 所述电网电压传感器用于获取电网电压的三相电压信号uga、Ugb和ug。； 所述电子电压传感器用于获取所述双馈感应发电机定子电压的三相电压信号usa、Usb和 Usc ； 所述直流侧电压传感器用于获取所述发电机的直流侧电压Udc ； 所述第一微处理器分别与所述电网电压传感器、定子电压传感器、直流侧电压传感器和串联网侧变换器连接，用于对所述Uga、ugb, ugc, usa, usb, Usc和Udc进行数据处理，生成串联网侧变换器控制信号； 所述串联网侧变换器设置于所述双馈感应发电机的定子侧，用于根据所述第一微处理器生成的所述串联网侧变换器控制信号向所述定子回路输出正负序控制电压； 其中，所述第一微处理器生成串联网侧变换器控制信号的具体方法为:对所述uga，Ugb和Ug。依次进行坐标变换、滤波，得到所述电网电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量4+;对所述Usa，usb和us。依次进行坐标变换、滤波，得到所述定子电压正序分量在正向同步旋转坐标系下的d轴分量《1、q轴分量 4，以及所述定子电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量’ 对所述<+和*4+进行第一 PI调节，得到所述串联网侧变换器的正序控制电压在正向同步旋转坐标系下的d轴分量《s+eriesd‘ ；对所述和ι. 进行第一 PI调节，得到所述串联网侧变换器的正序控制电压在正向同步旋转坐标系下的q轴分量i<erieSq+ ;对所述进行第二 PI调节，得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的d轴分量w^eriesd-;对所述进行第二 PI调节，得到所述串联网侧变换器的负序控制电压在反向同步旋转坐标系下的q轴分量〃 scriesq -， 根据所述^^咖、iCrwsq+、wJcricsd^ ' Wsenes￡1-和Ude生成串联网侧变换器控制信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述对所述<d+和！4,进行第一PI 调节，得到所述 Wiricsd+ 的调节公式为:<eriesd+ =C cpI+ K, /.、■)(<d+”4-.);所述对所述和<q+进行第一 PI调节，得到所述 s+eriesq+的调节公式为:^scricsq+ 所述对所述‘进行第二 PI调节，得到所述wSeriesd-的调节公式为:wScncSd^=( ^152+ K-c /.V)(0-O;所述对所述进行第二 PI调节，得到所述《—__的计算公式为:《“_-=( K92+ K12 /.0(0-();其中， Kpl为所述第一 PI调节的比例系数，Kil为所述第一 PI调节的积分系数，Kp2为所述第二PI调节的比例系数，Ki2为所述第二 PI调节的积分系数，Κρ1〈0，Κρ2〈0。
8.根据权利要求6或7任 一项所述的装置，其特征在于，所述第一微处理器对所述uga，Ugb和Ugc依次进行坐标变换、滤波，得到所述《^和<,+的具体方法为: 对所述1^，1^和118。进行第一坐标变换，得到所述电网电压在静止两相α β坐标轴系下的α轴分量6。和β轴分量ee ;对所述ea和ee进行第二坐标变换,并对所述ea和ee的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述<d+和*4+ ; 所述第一微处理器对所述usa，usb, Us。依次进行坐标变换、滤波，得到所述<1.、<r、Ws^和《t的具体方法为: 对所述usa，usb，us。进行第一坐标变换，得到所述定子电压在静止两相α β坐标轴系下的α轴分量esa和β轴分量es0 ;对所述esa和es0进行第二坐标变换,并对所述eSCI和es0的第二坐标变换结果进行滤波,得到所述和;对所述esa和es0进行第三坐标变换，并对所述esa和es0的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述和弋...；其中，所述第一坐标变换具体为将被变换参数由静止三相abc坐标系变换到静止两相α β坐标轴系；所述第二坐标变换具体为将被变换参数由静止两相α β坐标轴系变换到正向同步角速度旋转坐标系；所述第三坐标变换具体为将被变换参数由静止两相α β坐标轴系变换到反向同步角速度旋转坐标系。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括:网侧电流传感器、定子电流传感器、第二微处理器和并联网侧变换器； 所述网侧电流传感器用于获取所述并联网侧变换器的三相电流信号iga、igb和ig。； 所述定子电流传感器用于获取所述双馈感应发电机定子的三相电流信号isa、isb和.1.丄SC， 所述第二微处理器分别与所述网侧电流传感器、定子电流传感器、第一微处理器和并联网侧变换器连接，用于对所述ea、ee、iga、igb、ig。、isa、isb、isc和Udc进行数据处理，生成并联网侧变换器控制信号； 所述并联网侧变换器设置于所述 双馈感应发电机的定子侧，用于在所述并联网侧变换器控制信号的控制下，向所述定子回路输出所述正序给定电流和负序给定电流； 其中，所述第二微处理器生成并联网侧变换器控制信号的具体方法为: 对所述ea和4进行第三坐标变换，并对所述ea和4的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述电网电压负序分量在反向同步旋转坐标系下的d轴分量 #*、q轴分量 对所述iga，igb和ig。依次进行坐标变换、滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量和q轴分量 +*以及所述并联网侧变换器的三相电流信号负序分量在反向同步旋转坐标系下d轴分量和q轴分量; 对所述isa，isb和is。依次进行坐标变换、滤波，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量和q轴分量ζ+ ； 对所述Udc和直流侧电压给定值进行直流侧电压PI调节，得到直流侧电压平均有功功率给定值< ;所述直流侧电压PI调节的调节公式为: 尸二 = (Kpn+ Kiu /5)(C/*e-C/A)-CJJc;其中，Kpu为所述直流侧电压PI调节的比例系数，Kiu为所述直流侧电压PI调节的积分系数； 将所述电网电压正序分量定向于正向同步旋转坐标系的d轴，利用给定电流计算公式计算电网电流的正序给定电流在正向同步旋转坐标系下的d轴分量、q轴分量|:+，和电网电流的负序给定电流在反向同步旋转坐标系下的d轴分量|;_、q轴分量;所述给定电流计算公式为:
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述对所述iga，igb和ig。依次进行坐标变换、滤波，得到所述ζ.+、和 」具体方法为: 对所述iga，igb和ig。进行第一坐标变换，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号在静止两相Ct β坐标轴系下的α轴分量iga和β轴分量igg ; 对所述iga和ige进行第二坐标变换，并对所述iga和ige的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量I和q轴分量 +; 对所述iga和ige进行第三坐标变换，并对所述iga和ige的第三坐标变换结果进行滤波，得到所述并联网侧变换器的三相电流信号负序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量·4.和q轴分量5 所述对所述isa，isb和is。依次进行坐标变换、滤波，得到所述和 ，具体方法为:对所述isa，isb和is。进行所述第一坐标变换，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号在静止两相α β坐标轴系下的α轴分量isa和β轴分量isfi ; 对所述isa和ise进行第二坐标变换，并对所述isa和ise的第二坐标变换结果进行滤波，得到所述双馈感应发电机定子的三相电流信号正序分量在正向同步旋转坐标系下d轴分量匕和q轴分量
全文摘要
本申请公开了一种双馈感应风电系统抑制总有功功率波动的方法及系统，该方法利用串联网侧变换器向定子回路注入串联电压矢量使得定子电压保持对称，从而使得该风电系统定、转子三相电流对称、电机功率和电磁转矩无二倍频波动，且利用并联网侧变换器输出合适的电流，使得并联网侧输出有功功率的波动分量来抵消流经串联网侧有功功率功率的波动分量，进而实现整个系统总输出有功功率无波动，进一步增强了该风电系统在不对称电网条件下的不间断运行能力。
文档编号H02J3/24GK103219735SQ20131012147
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者何国军, 姚骏, 陈涛, 黄淼, 付昂, 文一宇, 张友强, 蒋昆 申请人:国家电网公司, 重庆市电力公司电力科学研究院, 重庆大学