[发明专利]电网电压对称骤升下的双馈风力发电机组的轴系振荡抑制控制系统及其方法

权利要求书

1.一种电网电压对称骤升下的双馈风力发电机组的轴系振荡抑制控制系统，所述双馈风力发电机组包括：双馈风力发电机、转子侧变流器、直流母线电容、电网、光电编码器和控制系统；所述控制系统包括：锁相环、速度环PI调节器，有功电流环PI调节器，无功电流环PI调节器和SVPWM模块，其特征是：在所述控制系统中设置有扭矩微分补偿模块；

所述扭矩微分补偿模块是由速度微分模块、电磁转矩观测模块和扭矩微分模块组成；所述速度微分模块是由第一微分器、第一增益运算器和第一低通滤波器组成；所述电磁转矩观测模块是由第二增益运算器和第二低通滤波器组成；所述扭矩微分模块是由第二微分器、第三增益运算器和第三低通滤波器组成；

所述光电编码器获取所述双馈风力发电机的转子角速度ω_g传输给所述速度微分模块的第一增益运算器进行运算后的结果传输给所述第一微分器进行运算，将所述第一微分器的运输结果传输给所述第一低通滤波器进行运算后获得转子合成转矩T_r；

对所获取的双馈风力发电机的三相转子电流i_ra，i_rb和i_rc进行CLARK变换和PARK变换后获得转子无功电流i_rd和转子有功电流i_rq；将所述转子有功电流i_rq传输给所述电磁转矩观测模块的第二增益运算器进行运算后的结果传输给所述第二低通滤波器进行运算后获得电磁转矩T_e；

将所述电磁转矩T_e与所述转子合成转矩T_r之间的差值传输给所述扭矩微分模块的第三增益运算器进行运算后的结果传输给所述第二微分器进行运算，将所述第二微分器输出的结果传输给所述第三低通滤波器进行运算后获得有功电流的补偿指令Δi_rq*；

以所述速度环PI调节器的输出值i_rq*与所述补偿指令Δi_rq*进行求和获得更新后的转子有功电流的指令(i_rq^*)′；所述更新后的转子有功电流的指令(i_rq^*)′与转子有功电流i_rq进行差值计算后传输给所述有功电流环PI调节器用于获得输出值v_rq；

对所述无功电流环PI调节器的输出值v_rd与所述有功电流环PI调节器的输出值v_rq进行PARK逆变换后获得转子电压指令v_rα和v_rβ；以所述转子电压指令v_rα和v_rβ作为SVPWM模块的输入信号，从而获得SVPWM模块的PWM信号；以所述PWM信号驱动所述转子侧变流器，从而实现对双馈风力发电机组的轴系振荡抑制控制。

2.一种利用权利要求1所述的电网电压对称骤升下的双馈风力发电机组的轴系振荡抑制控制系统的方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、设定双馈风力发电机的转子角速度指令值ω_g*；通过光电编码器检测所述双馈风力发电机的转子角速度ω_g，将所述转子角速度指令值ω_g*与所述转子角速度ω_g进行求差计算，获得差值Δω_g后输入速度环PI调节器G_ω(s)获得转子有功电流指令值i_rq*；

步骤2、通过锁相环检测所述电网电压的电角度θ_s，通过所述光电编码器检测所述双馈风力发电机的转子电角度θ_r，将所述电角度θ_s和转子电角度θ_r进行求差计算，获得所述双馈风力发电机的转差角度θ_sl；

步骤3、所述双馈风力发电机的转子侧变流器获取三相转子电流i_ra，i_rb和i_rc，并利用式(1)进行静止坐标系到旋转坐标系的坐标变换，获得转子无功电流i_rd和转子有功电流i_rq：

步骤4：利用式(2)获得传动轴扭矩观测值T_s：

$T_s=\frac{K_t\×i_{rq}}{{T_q}^{\′\′}s+1}-\frac{J_{g}s}{{T_q}^{\′}s+1}\×{\mathrm{\ω}}_g---\left(2\right)$

式(2)中，J_g表示所述双馈风力发电机的转子质量块惯量；T_q′表示第一低通滤波时间常数；T_q″表示第二低通滤波时间常数；K_t表示第二增益系数；并有

$K_t=-1.5\×\frac{L_m}{L_s}{n}_p\×\frac{u_s}{{\mathrm{\ω}}_s}---\left(3\right)$

式(3)中，L_m表示定子和转子之间的互感；L_s表示定子自感；n_p表示所述双馈风力发电机的电机极对数；ω_s表示电网频率；u_s表示所述电网相电压的幅值；

步骤5、利用式(4)获得转子有功电流的补偿指令Δi_rq*：

${\mathrm{\Δi}}_{rq}*=T_s\×\frac{K\×s}{{T_q}^{\′\′\′}s+1}---\left(4\right)$

式(4)中，K表示第三增益系数；T_q″′表示第三低通滤波时间常数；

步骤6、将所述补偿指令Δi_rq*与所述转子有功电流指令i_rq*进行叠加获得更新后的转子有功电流指令(i_rq^*)′；

步骤7、将更新后的转子有功电流指令(i_rq^*)′与所述转子有功电流i_rq进行求差计算获得差值Δi_rq后输入有功电流环PI调节器G_q(s)用于获得输出值v_rq；

步骤8、设定所述双馈风力发电机的无功电流指令为i_rd*；将所述无功电流指令i_rd*与所述转子无功电流i_rd进行求差计算获得差值Δi_rd后输入无功电流环PI调节器G_d(s)用于获得输出值v_rd；

步骤9、利用式(5)获得转子电压指令v_rα和v_rβ：

$\left[\begin{array}{c}{v}_{r\mathrm{\α}}\\ v_{r\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\θ}}_{sl}& -{\mathrm{sin\θ}}_{sl}\\ {\mathrm{sin\θ}}_{sl}& {\mathrm{cos\θ}}_{sl}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_{rd}\\ v_{rq}\end{array}\right]---\left(5\right)$

步骤10、将所述转子电压指令v_rα和v_rβ输入SVPWM模块从而获得PWM信号：以所述PWM信号驱动所述转子侧变流器，从而实现对双馈风力发电机组的轴系振荡抑制控制。