[发明专利]电网故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法

说明书

技术领域

本发明属于双馈风力发电机控制技术领域，具体涉及一种电网电压跌落故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法，保证故障期间不脱网运行。

背景技术

风能作为大自然中取之不尽、用之不竭并且无污染的可再生能源，对其有效的利用是解决能源危机最好的方法之一。在风力发电技术中，双馈风力发电机能够变速恒频运行，实现了机组和电网的柔性连接，在一定程度上缓解了机组轴系的机械应力。双馈风力发电机定子绕组接入电网，转子绕组由频率、幅值、相位均可调的背靠背的双脉宽调制变换器供给三相励磁电流，在转子上形成一个旋转磁场。它具有良好的调速性能、有功功率和无功功率均可独立调节、改善电网功率因数、提高系统的稳定性以及较小的励磁容量等优点。

在电网发生故障时，目前主要采用转子短路保护来维持双馈风力发电系统的不间断运行，通过转子旁路保护电阻释放能量以减小转子过流，此种方法增加了硬件成本，故障时电机作感应电机运行，从电网吸收大量的无功功率，影响电网的稳定性，对电网的暂态电磁冲击和风力机的机械冲击均很严重。目前已经有部分文献报道了电网故障条件下双馈风力发电机励磁变频器的建模与控制研究，其主要建模方法大都基于瞬时功率理论，控制方法多为正、负序双d q矢量控制，该方法可以在不对称故障穿越中实现多种可选控制目标，但双PI闭环控制很大程度上影响了控制系统动态性能，正、负序电量分离与控制使系统的控制结构更加复杂，更为严重的是相序分离所需时延降低了对电网故障的反应速度，存在故障发生瞬间的高电压、大电流破坏的危险，很小的定子电压不平衡将引起很大的定子电流不平衡和电磁转矩、有功功率以及无功功率波动，从而使双馈风力发电机运行性能恶化，当电网电压发生单相跌落90%或者三相对称跌落70%故障时，目前大多数控制方法对故障期间转子电流值很难控制在其额定电流的2倍以内，电磁转矩波动比较大，对机组的冲击力很大。因此有必要提出一种本质上减小故障期间转子电流的控制方法，从定转子磁链之间的相互作用对转子绕组的影响分析，提出一种减小转子磁链的方法。定转子磁链与定转子电流存在直接关系，从定转子磁链角度进行控制，能够快速准确地对转子电流进行控制。与从电压、功率角度进行控制相比，从定转子磁链角度出发，对故障响应速度更快，提高了双馈风力发电机故障期间不脱网运行的能力。控制系统的响应速度和控制器的控制精度直接影响故障电流的抑制效果。本发明控制方法在故障期间保证对转子磁链进行实时最优给定和最优控制，从而使故障期间的转子电流可以有效地控制在其额定电流1.5倍左右，并且电磁转矩、定子侧有功功率以及无功功率波动较小，其控制结构简单，更容易实现。

发明内容

本发明目的在于提出一种电网故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法，该控制方法主要针对转子侧变换器的控制，使转子绕组中的过电流控制在其额定值的1.5-1.6倍以内，使故障期间电磁转矩波动较小，减小对机组的冲击，同时保证对输出有功功率和无功功率的控制。

本发明是通过以下技术方案实现的，电网故障下双馈风力发电机定转子磁链同步弱磁控制方法，当电网稳态运行时，双馈风力发电机转子侧变换器采用基于定子磁链定向的矢量控制，当电网电压发生故障时，双馈风力发电机转子侧变换器采用定转子磁链同步弱磁控制方法，同时设置定转子磁链同步弱磁控制的控制频率是基于定子磁链定向的矢量控制的2倍，提高了对故障响应的速度，对故障瞬间的转子电流进行了有效地控制，其具体步骤为：

（1）、将检测到的定子三相电压U_sabc和定子三相电流I_sabc经过坐标转换得到两相静止坐标系下定子两相电压U_sαβ和定子两相电流I_sαβ，将检测到的转子三相电流I_rabc经过坐标转换得到两相转子坐标系下转子两相电流I_rαβ；

（2）、将测得的转子角速度ω_r进行积分计算得到θ_r；