[发明专利]不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统实现总输出电流平衡无畸变方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用串联网侧变换器的双馈感应风力发电系统技术改进，特别涉及不平衡且谐波畸变电网电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统实现总输出电流平衡无畸变方法，属于电力控制技术领域。

背景技术

随着电力系统中不平衡或非线性负载的大量出现，电网电压中易同时出现不平衡和谐波畸变两种不利的扰动，对于接入弱电网的远距离风电场而言，这两种扰动共存的可能性更大。电网电压不平衡且谐波畸变将导致DFIG定子电压出现不平衡且畸变，进而导致定、转子电流不平衡且畸变，发电机输出功率、电磁转矩以及系统输出有功功率的波动，严重影响发电机的安全稳定运行及系统馈入电网的电能质量。此外，对于大型并网双馈感应风电系统，若其励磁控制策略中缺乏考虑不平衡和谐波畸变电网电压的影响，将可能使得发电机系统因过电压和过电流而从电网中解列，这无法满足现代电力系统对风电并网的要求。目前已有学者就不平衡且谐波畸变电网电压下DFIG系统的运行与控制展开了研究，如已公开的下列文献：

(1)Xu H,Hu J,He Y.Integrated Modeling and Enhanced control of DFIG under unbalanced and distorted grid voltage conditions[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2012,27(3):725-736.

(2)徐海亮，章玮，陈建生，胡家兵，贺益康.电网电压不平衡且谐波畸变时双馈风电机组转矩波动抑制[J].电力系统自动化，2013，37(7)，12-17，54.

文献(1)提出在正向同步旋转坐标轴系下采用比例积分-双频谐振控制器来实现对转子基波电流和谐波电流的无静差跟踪控制，进而提出抑制定子输出有功功率波动，实现定子或转子电流平衡且无畸变，消除电磁转矩波动四个控制目标。所述的控制策略均由于转子电流控制变量的限制无法同时保证定、转子电流平衡无畸变，因此定、转子绕组不均衡发热和谐波损耗或定子功率及电磁转矩波动在DFIG中仍然存在。此外，由于网侧变换器的存在，所提控制策略不能实现对系统总输出有功功率波动的抑制。

文献(2)提出通过设计一个转子电流PI调节器和正序参考坐标轴系双频谐振补偿器来实现对不平衡且谐波畸变电网电压下双馈感应发电机转矩波动的抑制，该方法可在无需转子电流相序分离的前提下实现对基波正序、负序及谐波分量的有效、快速调节。由于转子电流控制变量的限制，所述方法不能同时实现定、转子电流平衡无畸变或发电机输出功率无波动，因此定、转子绕组不均衡发热和谐波损耗或定子功率波动在DFIG中仍然存在。

此外，由于网侧变换器的存在，上述文献在实现各自所提控制方案时，不能实现对系统总输出电流中的负序以及谐波分量的抑制。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种不平衡且谐波畸变电网电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统实现总输出电流平衡无畸变方法，该控制方法在保证发电机安全稳定运行的同时亦实现了对DFIG系统总输出电流中的负序以及谐波分量的有效抑制。

本发明的技术方案是这样实现的：

不平衡且谐波畸变电网电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统实现总输出电流平衡无畸变方法，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制；

所述串联网侧变换器的控制步骤为：

A1)利用电压霍尔传感器采集电网三相电压信号u_gabc以及双馈感应发电机定子三相电压信号u_sabc；

A2)将采集的电网三相电压信号u_gabc经过数字锁相环PLL后得到电网正序电压电角度θ_g+以及同步电角速度ω；

A3)将采集的电网三相电压信号u_gabc、发电机定子三相电压信号u_sabc分别经过静止三相abc坐标轴系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换，转换为静止两相αβ坐标轴系下电压信号，即u_gαβ，u_sαβ；

A4)采用电网正序电压定向方式，将步骤A3所得u_gαβ经相序分离，分别提取出正向同步角速度旋转坐标轴系下电网电压基波正序分量反向同步角速度旋转坐标轴系下电网电压负序分量5倍同步角速度反向旋转坐标轴系下电网电压5次谐波分量和7倍同步角速度正向旋转坐标轴系下电网电压7次谐波分量