[发明专利]一种不平衡电网电压下基于矩阵变换器励磁的DFIG控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种不平衡电网电压下基于矩阵变换器励磁的DFIG控制方法。

背景技术

随着化石能源使用数量的增大，能源对人类经济、社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越显著，因此人类越来越重视可再生能源的利用，风能作为可再生能源中最廉价、最具潜力的“绿色能源”，得到了大力的开发和发展。目前，双馈异步风力发电机(DFIG)由于其变流器容量小、功率独立解耦控制、成本较低等优势，成为国内外广泛应用的风力发电机型。其系统构成的关键部分为励磁变换器，但现在常用电压源型双PWM变换器存在体积大、重量重，而且不易维护等问题，矩阵变换器是一种绿色的新型变换器，因此以矩阵变换器作为励磁变换器的DFIG控制策略研究具有很好的研究价值。

当前大多数DFIG风电机组控制策略主要是针对电网电压幅值和频率恒定、相位连续的理想电网条件设计，但实际电网往往并非理想，电网故障经常存在，尤其是实际电力系统中的不对称故障会造成定、转子电流高度的不平衡，定、转子绕组产生不平衡发热，电磁转矩产生脉动，输向电网的功率发生振荡。因此，对于在电网电压不平衡情况下的交流励磁控制策略成为近年来国内外研究热点，但目前的研究成果主要是基于双PWM变频器励磁系统下的控制策略，由于矩阵变换器没有中间储能环节，电网电压的不平衡、大扰动等非正常工况都会直接影响到励磁电流，加剧了控制难度，因此需要研究不平衡电网电压条件下基于矩阵变换器励磁的DFIG控制策略。

李辉在《基于矩阵变换器励磁的双馈型风力发电机并网运行控制策略研究，中南大学博士论文，2011》中根据不对称分量法的基本原理，提出了一种电压不平衡条件下矩阵变换器励磁控制策略，该策略采用双同步旋转坐标系分别控制转子电流和矩阵变换器输入电流，其中:转子电流的正序矢量用于实现功率解耦控制，而转子电流的负序矢量则用于实现消除定子负序电流、减少有功功率或无功功率脉动等控制目标，矩阵变换器的输入电流负序矢量用以减少输入电压的不平衡度，从而减少矩阵变换器输出电流的谐波。然而，该控制方法的控制环中需对转子电流等电磁量进行正序、负序分离，这个分离过程会引入时延以及相角和幅值的误差，影响了电流环的动态性能，从最后仿真结果进行分析，该控制策略对于不平衡电网电压对DFIG机组的影响有改善作用，但控制性能并不是十分理想。同时，该控制方法需要对平衡条件下设计的传统矢量控制系统结构进行很大的改动，限制了该控制方法的工业应用前景。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种不平衡电网电压下基于矩阵变换器励磁的DFIG控制方法，其控制环中没有正负序分离环节，能够实现快速、精确地控制，同时电流控制器的比例积分系数可以直接采用传统平衡条件下PI调节器的设计参数，具有较强的适应性。

一种不平衡电网电压下基于矩阵变换器励磁的DFIG控制方法，包括如下步骤：

(1)首先采集DFIG的三相定子电压U_sabc、三相定子电流I_sabc、三相转子电流I_rabc、转速ω_r以及转子位置角θ_r；然后对三相定子电流I_sabc和三相转子电流I_rabc分别进行Park变换，对应得到d-q旋转坐标系下的定子电流矢量I_sdq和转子电流矢量I_rdq；进而对三相定子电压U_sabc进行dq变换，得到正向同步速坐标系下包含正负序矢量的定子电压矢量以及反向同步速坐标系下包含正负序矢量的定子电压矢量最后利用陷波器提取定子电压矢量的正序矢量提取定子电压矢量的负序矢量

(2)根据不同的控制目标以及正序矢量和负序矢量计算出转子电流的正序给定矢量和负序给定矢量进而计算得到转子电流给定矢量I_rdq^*；