[发明专利]无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越方法

权利要求书

1.一种无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越方法，所述方法是在αβ静止坐标系用软件方法实现低电压穿越的控制方法，通过下列步骤实现低电压穿越；

(1)建立控制绕组电流与功率绕组磁链和控制绕组磁链之间的关系如式下：

${\stackrel{\→}{i}}_c=\frac{1}{{L_c}^1}({\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c+K_c{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p)---\left(1\right)$

式(1)中L_c¹、K_c是常数，且L_c¹＝(L_cL_rL_p-L_cL_hp²-L_hc²L_p)/(L_pL_r-L_hp²)、K_c＝L_hcL_hp/(L_pL_r-L_hp²)，其中L_hc、L_hp、L_c、L_p和L_r分别为控制绕组和转子之间的互感、功率绕组和转子之间的互感、控制绕组自感、功率绕组自感和转子绕组自感，且都为常数，为控制绕组电流矢量，为控制绕组磁链矢量，为功率绕组磁链矢量；

获得通过对控制绕组磁链矢量的控制实现对控制绕组电流的控制，当故障发生后，使控制绕组磁链矢量跟踪功率绕组磁链矢量即故障发生后使和满足以下关系：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c=-K_T{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p---\left(2\right)$

式(2)中K_T称为磁链跟踪系数，其取值范围与控制绕组电流所允许的最大值、控制绕组电压所允许的最大值和无功功率的性质及大小有关；在不超过控制绕组最大允许电流，功率绕组输出无功功率Q_p＞0的条件下，K_T的取值范围表示如下：

$\frac{1}{K_p}\<K_T\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_p{i}_{cmax}}{\left|{\stackrel{\→}{u}}_p(t=t_0)\right|}{L}_c^1+K_c---\left(3\right)$

在满足(3)的条件下，K_T的取值还应使控制绕组不超过最大允许电压、尽可能多的向电网提供无功功率；

(2)构建控制绕组磁链矢量相位跟踪控制器PI2和幅值跟踪控制器PI5

根据式(2)中控制绕组磁链矢量和功率绕组的磁链矢量之间的关系，分别控制的幅值和相位，将的反相位作为的相位的给定值，的相位作为反馈值，给定值与反馈值比较之后，将其输出输入控制绕组磁链相位跟踪控制器PI2，经过相位跟踪控制器PI2得到控制绕组磁链的动态相位增量ΔX_d，将其与静态相位增量ΔXst相加得到控制绕组磁链的相位增量ΔXc；将作为的幅值的给定值的幅值作为反馈值，给定值与反馈值比较之后，将其输出输入控制绕组磁链幅值跟踪控制器PI5，经过幅值跟踪控制器PI5得到控制绕组磁链幅值增量k_s；

(3)构建无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越运行状态的控制装置及系统，包括无刷双馈风力发电机间接功率控制装置及系统、无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越装置及系统，实现对称低电压穿越；

所述无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越运行状态的控制装置及系统是在无刷双馈风力发电机间接功率控制装置的基础上添加控制绕组磁链相位跟踪控制器PI2、幅值跟踪控制器PI5、磁链跟踪系数9、运行状态装换开关17及运行状态装换开关18；

(4)低电压穿越控制方法按下列步骤进行：

1)实现该控制方法首先要建立控制绕组电流与功率绕组磁链和控制绕组磁链之间的关系式(4)，如下所示：

${\stackrel{\→}{i}}_c=\frac{1}{{L_c}^1}({\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c+K_c{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p)---\left(4\right)$

式(4)中L_c¹、K_c是常数，且L_c¹＝(L_cL_rL_p-L_cL_hp²-L_hc²L_p)/(L_pL_r-L_hp²)、K_c＝L_hcL_hp/(L_pL_r-L_hp²)，其中L_hc、L_hp、L_c、L_p和L_r分别为控制绕组和转子之间的互感、功率绕组和转子之间的互感、控制绕组自感、功率绕组自感和转子绕组自感，且都为常数，为控制绕组电流矢量，为控制绕组磁链矢量，为功率绕组磁链矢量；

得到通过对控制绕组磁链矢量的控制实现对控制绕组电流的控制，在故障发生后，使控制绕组磁链矢量跟踪功率绕组磁链矢量即故障发生后使和满足以下关系：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_c=-K_T{\stackrel{\→}{\mathrm{\ψ}}}_p---\left(5\right)$

式(5)中K_T称为磁链跟踪系数，其取值范围与控制绕组电流、控制绕组电压和无功功率的大小有关；在不超过控制绕组最大允许电流，功率绕组输出无功功率Q_p＞0的条件下，K_T的取值范围表示如下：

$\frac{1}{K_p}\<K_T\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_p{i}_{cmax}}{\left|{\stackrel{\→}{u}}_p(t=t_0)\right|}{L}_c^1+K_c---\left(6\right)$

在满足(6)的条件下，K_T的取值还应使控制绕组电压不超过最大允许电压、尽可能多的向电网提供无功功率；

2)构建控制绕组磁链矢量相位跟踪控制器PI2和幅值跟踪控制器PI5

根据式(5)中控制绕组磁链矢量和功率绕组的磁链矢量之间的关系，分别控制的幅值和相位，将的反相位作为的相位的给定值，的相位作为反馈值，给定值与反馈值比较之后，将其输出输入控制绕组磁链相位跟踪控制器PI2，经过相位跟踪控制器PI2得到控制绕组磁链的动态相位增量ΔX_d，将其与静态相位增量ΔXst相加得到控制绕组磁链的相位增量ΔXc；将作为的幅值的给定值的幅值作为反馈值，给定值与反馈值比较之后，将其输出输入控制绕组磁链幅值跟踪控制器PI5，经过幅值跟踪控制器PI5得到控制绕组磁链幅值增量k_s；

3)构建无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越运行状态的控制装置及系统，包括无刷双馈风力发电机间接功率控制装置及系统、无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越装置及系统，实现对称低电压穿越；

所述无刷双馈风力发电机对称电压故障磁链跟踪低电压穿越运行状态的控制装置及系统是在无刷双馈风力发电机间接功率控制装置的基础上添加控制绕组磁链相位跟踪控制器PI2、幅值跟踪控制器PI5、磁链跟踪系数9、运行状态装换开关17及运行状态装换开关18；

4)基于上述步骤(1)、(2)和(3)，实现该控制方法的过程分为：

①笼型转子无刷双馈风力发电机通过并网开关4与电网15并网运行；

②在三相静止坐标系下分别观测控制绕组和功率绕组电压、电流的A相和B相分量u_ac、u_bc、u_ap、u_bp、i_ac、i_bc、i_ap和i_bp，对上述物理量通过3/2变换器6进行坐标变换，得到控制绕组和功率绕组各自αβ静止坐标系下的电压和电流u_αc、u_βc、u_αp、u_βp、i_αc、i_βc、i_αp和i_βp；

③利用u_αc、u_βc、i_αc和i_βc以及u_αc、u_βc、i_αc和i_βc通过控制绕组磁链和功率绕组磁链计算8计算控制绕组磁链分量ψ_αc、ψ_βc和功率绕组磁链分量ψ_αp、ψ_βp，根据ψ_αc、ψ_βc和ψ_αp、ψ_βp计算控制绕组磁链幅值和控制绕组磁链幅值

④对称故障发生以后，通过控制绕组磁链静态相位增量计算5得到控制绕组静态相位增量ΔX_st，通过相位跟踪控制器PI2得到控制绕组磁链动态相位增量ΔX_d，二者之和即下一个采样周期T_pwm内的控制绕组磁链相位增量ΔX_c；

⑤对称故障发生以后，磁链跟踪系数K_T和功率绕组磁链幅值的乘积和控制绕组磁链幅值通过幅值跟踪控制器PI5得到控制绕组磁链幅值增量k_s；

⑥利用控制绕组磁链分量ψ_αc、ψ_βc、控制绕组磁链幅值增量k_s和控制绕组磁链相位增量ΔX_c通过控制绕组磁链增量计算10得到控制绕组磁链增量Δψ_αc、Δψ_βc；

⑦利用控制绕组磁链增量Δψ_αc、Δψ_βc，通过控制绕组电压u_αc、u_βc计算11，得到下一个周期T_pwm内所需的电压矢量u_αc、u_βc；

⑧SVPWM发生器12根据u_αc和u_βc生成调制信号，并通过变流器13控制无刷双馈风力发电机3的控制绕组CW。