一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法

一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 风电作为蕴藏量巨大的可再生能源，近年来，我国的风电装机容量发展迅速，风电 装机容量已经跃升至全球第一。由于风能具有一定的随机性，风电场在建设过程中，以及投 入电网运行时要对风电场接入点的实际情况充分考虑，即需要从总体上对风电资源、负荷 以及电网进行考虑，以满足电网的电气量的基本平衡关系，实现风电场与电力系统的协调 稳定运行。风电场并网点电能质量情况对风电场的稳定运行具有重要的意义，由于风力发 电的控制系统大多是针对电网电压理想的条件下设计的，而电网谐波电压的存在将会在风 机定子侧产生相应的定子谐波电流，影响风电机组的控制系统，对风电机组造成损害，严重 时可能会导致其脱网停机。
[0003] 谐波对双馈电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压及 电气谐振。电网中常用的谐波治理的方法主要有无源滤波和有源滤波，由于采用的谐波治 理装置，需要增加设备的初始投资和运行维护成本。

【发明内容】

[0004] 本发明提出一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法，通过空间矢量 调制获得机侧变流器的PWM控制信号，实现了抑制定子谐波电流的控制目标；有效地解决 了电网谐波电压下双馈发电机定子谐波电流的治理问题，减少了谐波电流对风力发电机的 影响。
[0005] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0006] -种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法，所述方法包括，构建n次 谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型，获取n次谐波转子dq坐标系下的电压控制 补偿项；分别将五次谐波和七次谐波电流控制环节的决策变量引入双馈风力发电机机侧变 流器的矢量控制中，获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令、 dq坐标系下的电压分量和转子调制电压；经过调制生成双馈风力发电机侧变流器的PWM控 制信号。
[0007] 优选的，所述构建n次谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型表达式为：
[0008]
[0009]其中，分别为n次谐波的定、转子电压dq轴分量和定、 转子磁链dq轴分量；和ZW?分别为n次谐波的定、转子电流dq轴分量；&和Rj?分别为 定、转子每相等效电阻；LS、L和Lm分别为等效定、转子每相绕组全自感和互感，《 3和分 别为定子同步角速度和转子角速度；n为5或者7,表示谐波次数；
[0010] 通过定子磁场定向法，获取n次谐波转子dq坐标系下的电压控制补偿项，其表达 式为：
[0011]
[0012] 式中，0^1-i为等效漏感系数。
[0013] 优选的，所述获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令 包括，分别将双馈风力发电机定子侧五次谐波和七次谐波电流参考量= 〇与 对应反馈量/^5、/^7的差值发送至比例积分控制器，输出双馈风力发电机转子电流五次 谐波和七次谐波分量的参考指令/$￥5和/^7。
[0014] 进一步地，分别将所述双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考 指令了1 5和乂^与对应反馈量/^5、/^7的差值发送至比例积分控制器，输出双馈风力发 电机转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压分量^/&5和^7^7。
[0015] 进一步地，将所述转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压分量￡/^5和 ，与转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压控制补偿项AC/^5和At/&7相加； 获得五次谐波和七次谐波dq坐标系下的转子调制电压和。
[0016] 进一步地，所述转子调制电压c/,i5和分别利用同步旋转坐标系经过五次和 七次park逆变换为和;将其与转子基波电压参考量做和，获得转子调制 电圧 + 以二7。
[0017] 进一步地，将所述转子调制电压进行空间矢量调制SVM，生成双馈风力发电机 侧变流器的PWM控制信号以实现双馈风力发电机定子侧电流的控制。
[0018] 与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
[0019] 1)该方法通过建立5、7次谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型，通过传 统的PI控制器，实现了对于特定次电网谐波定子谐波电流的有效控制；双馈风力发电机侧 换流器的调制电压经过坐标变换和空间矢量调制得到PWM控制电压，使得发电机输出与谐 波电流极性相反的补偿电流。
[0020] 2)与传统的增加硬件滤波设备的方式相比，将谐波电流变换到同步旋转坐标系 下的谐波抑制控制策略，有效地解决了电网谐波电压下双馈发电机定子谐波电流的治理问 题，减小了谐波电流对风力发电机的影响，其方法操作简单，针对性强，且节约了经济成本。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明提供的抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法流程图；
[0022] 图2为本发明提供的抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流控制结构示意图；
[0023] 图3为本发明提供的五、七次谐波电流分量提取示意图；
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0025] 如图1所示，一种抑制双馈风力发电机（DFIG)定子侧谐波电流的控制方法，用于 双馈风力发电机机侧变流器和网侧变流器的独立解耦控制，所述方法包括，构建n次谐波 旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型，获取n次谐波转子dq坐标系下的电压控制补偿 项；所述构建n次谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型表达式为：
[0026]
[0027] 其中，巧_、'C,,,分别为n次谐波的定、转子电压dq轴分量和定、 转子磁链dq轴分量；4^?和z;?分别为n次谐波的定、转子电流dq轴分量；&和Rj?分别为 定、转子每相等效电阻；LS、L和Lm分别为等效定、转子每相绕组全自感和互感，《 3和分 别为定子同步角速度和转子角速度；n为5或者7,表示谐波次数；
[0028] 通过定子磁场定向法，获取n次 谐波转子dq坐标系下的电压控制补偿项，其表达 式为：
[0029]
[0030] 式中
为等效漏感系数。
[0031] 如图3所示，分别将五次谐波和七次谐波电流控制环节的决策变量引入双馈风力 发电机机侧变流器的矢量控制中；为了引入五次谐波和七次谐波的抑制环节，利用旋转坐 标变换将abc坐标轴系下五次谐波和七次谐波电流分量变换为dq坐标系下直流分量，并分 别通过200Hz和300Hz陷波滤波器将基波电流分量滤除，提取反馈量/^5、/^7。
[0032] 获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令、dq坐标系下 的电压分量和转子调制电压；经过调制生成双馈风力发电机侧变流器的PWM控制信号。
[0033] 所述获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令包括， 如图2所示，分别将双馈风力发电机定子侧五次谐波和七次谐波电流参考量<二5 =0、 与对应反馈量/^5、/^7的差值发送至比例积分控制器（PI)，输出双馈风力发电 机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令/^5和/二 7。
[0034] 分别将所述双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令 和/=7与对应反馈量/f#、/^7的差值发送至比例积分控制器，输出双馈风力发电机转子 五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压分量^/&5和"；；/(77。
[0035] 将所述转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压分量^/,%5和，与转子五 次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压控制补偿项和相加；获得五次谐波和 七次谐波dq坐标系下的转子调制电压^/二5和。
[0036] 所述转子调制电压t/,^5和分别利用同步旋转坐标系经过五次和七次park逆变换为和t/Tw;将其与转子基波电压参考量C/Li做和，获得转子调制电压
[0037] 将所述转子调制电压进行空间矢量调制SVM，生成双馈风力发电机侧变流器 的PWM控制信号以实现双馈风力发电机定子侧电流的控制。
[0038] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围 的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改或 者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法，其特征在于，所述方法包 括：构建η次谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型，获取η次谐波转子dq坐标系 下的电压控制补偿项；分别将五次谐波和七次谐波电流控制环节的决策变量引入双馈风力 发电机机侧变流器的矢量控制中，获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量 的参考指令、dq坐标系下的电压分量和转子调制电压；经过调制生成双馈风力发电机侧变 流器的PWM控制信号。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建η次谐波旋转坐标系下的双馈风力 发电机数学模型表达式为：其中，tC#、以/""、Ψ：：+、分别为η次谐波的定、转子电压dq轴分量和定、转子 磁链dq轴分量；'和'分别为η次谐波的定、转子电流dq轴分量；RJP L分别为定、转 子每相等效电阻；LS、LJP Lm分别为等效定、转子每相绕组全自感和互感，ω 3和分别为 定子同步角速度和转子角速度；η为5或者7,表示谐波次数； 通过定子磁场定向法，获取η次谐波转子dq坐标系下的电压控制补偿项，其表达式 为：式中，σ = 为等效漏感系数。 ljI-S3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取双馈风力发电机转子电流五次谐 波和七次谐波分量的参考指令包括，分别将双馈风力发电机定子侧五次谐波和七次谐波电 流参考量/^5 =O、/^7 =O与对应反馈量/^5、/^7的差值发送至比例积分控制 器，输出双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令/,i5和/二7。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，分别将所述双馈风力发电机转子电流五次 谐波和七次谐波分量的参考指令/,!；5和C i7与对应反馈量H5、/Li7的差值发送至比例 积分控制器，输出双馈风力发电机转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压分量t/,% 5 和^""而7。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述转子五次谐波和七次谐波dq坐标 系下的电压分量￡/,^5和CZl r7，与转子五次谐波和七次谐波dq坐标系下的电压控制补偿 项Δ%#和厶；7,^7相加；获得五次谐波和七次谐波dq坐标系下的转子调制电压t/^；5和 υ:?。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转子调制电压t/^；5和t/,^分别利用 同步旋转坐标系经过五次和七次park逆变换为和CZ^ 7;将其与转子基波电压参考 量做和，获得转子调制电压= C + C +冗：。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述转子调制电压进行空间矢量调 制SVM，生成双馈风力发电机侧变流器的PWM控制信号以实现双馈风力发电机定子侧电流 的控制。
【专利摘要】本发明提出一种抑制双馈风力发电机定子侧谐波电流的控制方法，所述方法包括：构建n次谐波旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型，获取n次谐波转子dq坐标系下的电压控制补偿项；分别将五次谐波和七次谐波电流控制环节的决策变量引入双馈风力发电机机侧变流器的矢量控制中，获取双馈风力发电机转子电流五次谐波和七次谐波分量的参考指令、dq坐标系下的电压分量和转子调制电压；经过调制生成双馈风力发电机侧变流器的PWM控制信号。实现了抑制定子谐波电流的控制目标；减小了谐波电流对风力发电机的影响。
【IPC分类】H02P21/00, H02P9/00, H02P101/15
【公开号】CN104883109
【申请号】CN201510369967
【发明人】马世英, 葛俊, 张军, 宋墩文, 张爽, 杨学涛, 高峰, 张海顺, 田蓓, 熊选文, 位士全, 冯静
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网宁夏电力公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月29日