[发明专利]基于无锁相环自同步控制的DFIG不平衡电网电压补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于无锁相环自同步控制的DFIG不平衡电网电压补偿方法，该方法在传统直接功率控制的基础上，通过预设固定旋转角频率dq坐标系避免了锁相环的引入，通过加入直接谐振器对电网电压不平衡分量进行补偿，无需多重坐标变换，系统控制结构简单，可以在电网电压不平衡跌落时迅速进行补偿，提升电网电能质量。同时，本发明方法可以灵活设置补偿系数，可以实现PCC电压全范围补偿，兼顾了电网电能质量和机组运行性能。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于无锁相环自同步控制的DFIG不平衡电网电压补偿方法。

背景技术

由于双馈感应发电机(DFIG)具有变流器容量小、功率灵活可调等优点，基于DFIG的风力发电机组在新能源发电中所占的比重越来越大，DFIG发电机组系统结构如图1所示。目前我国的风电场大多分布在偏远地区，因而线路阻抗较大，通常呈现弱电网的特性；在弱电网条件下，风电并网点(PCC)通常存在较大的电能质量问题，比如电压波动、电压不平衡等。

由于风力发电的随机性，基于DFIG的发电机组通常在额定功率以下运行，因此利用机组的冗余容量来参与电网电能质量的改善是可行的。利用DFIG机组补偿并网点电压不平衡的控制方法可以分为两类：一类通过采集负载电流，控制DFIG机组发出恰好与之抵消的负序或谐波补偿电流；另一类基于PCC点电压闭环，不需要负载电流信息，可以直接实现电压补偿。然而，传统的基于PCC电压闭环的不平衡电压补偿方法存在一些不足：1)在电压闭环中，负序电压的参考值通常只能设置为0，这样会严重威胁到机组的运行性能；2)需要提取电压、电流的正负序分量，在多重旋转坐标系下进行控制，结构复杂，且对电机参数依赖性高。针对上述问题，T.Wang等学者在文献[Flexible compensation strategy forvoltage source converter under unbalanced and harmonic condition based on ahybrid virtual impedance method[J].IEEE Transactions on Power Electronics,Early Access,2017.]中提出了基于虚拟阻抗技术的直接谐振补偿方法来实现电网电压质量和机组运行性能的兼顾，同时避免复杂的控制结构。

当前包含上述的DFIG的电压补偿策略主要是基于传统矢量控制(VC)、直接功率控制(DPC)等控制方案，而这些控制方案都是建立在和电网电压同步的参考坐标系上，通常需要锁相环(PLL)来实现和电网电压的矢量同步。但是，在非理想电网条件下，锁相环无法快速准确地跟踪电网电压信号，这将影响到DFIG的控制并且存在潜在的稳定性问题。H.Nian等人在文献[Direct power control of doubly fed induction generator withoutphase-locked loop in synchronous reference frame during frequency variations[J].IET Renewable Power Generation,2015,9(6)：576-586.]中提出了双馈风电机组无锁相环自同步直接功率控制策略，构建一个固定旋转角频率ω₁＝100πrad/s的虚拟dq坐标系，用θ＝ω₁t作为坐标变换的相位角，避免了锁相环的引入，解决了因为使用锁相环带来的双馈风电机组控制系统出现低频振荡、甚至失稳等问题。

目前关于DFIG机组无锁相环自同步控制的研究仅限于谐波或者不平衡电网条件下控制策略的改进，因此基于无锁相环自同步控制的DFIG机组不平衡电网电压补偿策略具有重要的意义。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种基于无锁相环自同步控制的DFIG不平衡电网电压补偿方法，其无需锁相环的引入，可设置不同的补偿系数，能够在不平衡电网条件下实现PCC点电压的快速、灵活补偿，且避免了因锁相环导致的系统潜在的稳定性问题。

一种基于无锁相环自同步控制的DFIG不平衡电网电压补偿方法，包括如下步骤：