[发明专利]一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统，采用在虚拟同步控制环节生成的转子侧逆变器参考电压的基础上加入转子侧逆变器交流补偿电压的方法，将转子电流作为控制对象根据不同的控制目标在正向同步旋转坐标系下利用谐振器对其二倍频波动进行控制。本发明方法在无需改变传统虚拟同步控制的控制结构的前提下，可以在不平衡电网下根据电网不同的电能质量要求实现对DFIG的有效控制，具体可以实现平衡且正弦的转子电流、平衡且正弦的定子电流、恒定的有功功率、恒定的电磁转矩四种控制目标任意一种并且可根据电网实时要求对各控制目标灵活切换。

技术领域

本发明属于风力发电机控制技术领域，具体涉及一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统。

背景技术

风力发电系统主要采用双馈感应发电机和永磁同步发电机两种类型，为提高发电效率，均采用变速恒频发电运行方式。其中，双馈感应发电机(DFIG)应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。DFIG系统结构如图1所示，DFIG可实现变速恒频控制，减小变换器的容量，还可实现有功、无功的解耦控制，这种功率控制的灵活性对电网非常有利。

随着风电，光伏等可再生能源发电在电力系统中所占比例的不断提高，使电力系统电力电子化特征明显。对于DFIG而言，传统的基于同步锁相环的矢量电流控制方式由于锁相环被动跟随电网频率，使风电系统不具备惯性响应能力，随着风电渗透率的增高必然削弱电力系统的惯性，恶化其频率动态，对系统的安全稳定运行构成了重大威胁。为了提高电网的等效惯量，有学者提出将虚拟同步控制技术(VSG)应用到双馈电机上，有功环通过模拟同步发电机的转子运动摇摆方程实现系统的频率响应特性，无功环模拟同步发电机的励磁过程进行无功调节。该种方式彻底颠覆了双馈电机原有的控制结构，当电网频率发生扰动时，利用双馈电机转子机械旋转动能为电网提供动态频率支撑，从根本上改变双馈感应电机的惯性响应能力。

由于双馈风力发电机所在风能较丰富的地区大多属于弱电网区域，当电网电压不平衡时，由于DFIG的定子侧和电网直接相连，双馈电机将会出现定、转子电流畸变，有功功率、无功功率及转矩振荡等问题，严重影响系统的控制性能和运行安全。由于传统的基于虚拟同步控制的双馈电机控制方式中，有功-频率环及无功-电压环的控制结构可以近似于积分控制环节，对二倍频交流分量不能准确跟踪，因此对不平衡电网电压几乎没有响应能力。因而，研究如何能够在不改变虚拟同步控制方法优良的频率响应特性的基础上对DFIG在不平衡电网电压下进行有效的控制使其在不平衡电网下能够根据电网要求实现多控制目标运行且各控制目标可快速灵活地切换的问题，对于具有惯性特征的DFIG控制方法的进一步发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法及系统，在不改变虚拟同步控制方法优良的频率响应特性的基础上，在不平衡电网下实现了DFIG三相转子电流平衡且正弦，三相定子电流平衡且正弦，定子侧输出恒定的有功功率，和DFIG输出电磁转矩恒定且定子侧输出的无功功率恒定四种控制目标任意一种，且可根据电网要求对各控制目标灵活切换。

本发明采用的技术方案如下：

一种不平衡电网下的DFIG虚拟同步控制方法，包括：

获取DFIG的三相定子电压，三相定子电流，三相转子电流，转子电角频率和转子位置角；

将所述三相定子电压信号和三相定子电流信号进行坐标变换，得到两相静止坐标系中的定子电压和定子电流；

根据所述两相静止坐标系中的定子电压和定子电流计算定子有功功率及无功功率；

根据所述定子有功功率及无功功率计算三相转子电压幅值和转差电角度；