[发明专利]一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统及方法

权利要求书

1.一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统，所述双馈风电场中的风力发电机组包括：风力机、轴系、双馈感应发电机、转子侧变换器、电网侧变换器、电网；所述控制系统包括：有功功率外环控制模块，无功功率外环控制模块，有功电流内环控制模块、无功电流内环控制模块、转子侧坐标变换模块、转子侧坐标逆变换模块、功率计算模块和SVPWM模块，其特征是：在所述控制系统中设置有转子电压补偿模块；

所述转子电压补偿模块是由有功功率稳定控制模块、无功功率稳定控制模块、有功电流比例微分模块、无功电流比例微分模块组成；

所述有功功率稳定控制模块是由有功功率比例调节器和有功功率积分调节器组成；

所述无功功率稳定控制模块是由无功功率比例调节器和无功功率积分调节器组成；

所述有功电流比例微分模块是由有功电流比例调节器、有功电流微分调节器、有功电流微分增益运算器和有功电流低通滤波器组成；

所述无功电流比例微分模块是由无功电流比例调节器、无功电流微分调节器、无功电流微分增益运算器和无功电流低通滤波器组成；

所述功率计算模块根据定子d轴电压u_sd、定子q轴电压u_sq、定子d轴电流i_sd和定子q轴电流i_sq计算有功功率P_s和无功功率Q_s，并将所述有功功率P_s与有功功率参考值P_s^*之间的差值传输给有功功率稳定控制模块的有功功率比例调节器进行运算，所述有功功率比例调节器将运算结果传输给所述有功功率积分调节器进行运算后获得有功功率补偿指令Δu_rd1；所述功率计算模块将所述无功功率Q_s与无功功率参考值Q_s^*之间的差值传输给无功功率稳定控制模块的无功功率比例调节器进行运算，所述无功功率比例调节器将运算结果传输给所述无功功率积分调节器进行运算后获得无功功率补偿指令Δu_rq1；

所述转子侧坐标变换模块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Park变换后获得转子有功电流i_rd和转子无功电流i_rq；并将所述转子有功电流i_rd传输给所述有功电流比例微分模块的有功电流比例调节器进行运算，同时，将所述转子有功电流i_rd传输给所述有功电流比例微分模块的有功电流微分调节器进行运算；所述有功电流微分调节器将运算结果传输给所述有功电流微分增益运算器进行运算，所述有功电流微分增益运算器将运算的结果与有功电流比例调节器运算后的结果相加后传输给所述有功电流低通滤波器，由所述有功电流低通滤波器进行运算后获得有功电流补偿指令Δu_rd2；

所述转子侧坐标变换模块将所述转子无功电流i_rq分别传输给所述无功电流比例微分模块的无功电流比例调节器以及所述无功电流比例微分模块的无功电流微分调节器进行运算，所述无功电流微分调节器将运算结果传输给所述无功电流微分增益运算器进行运算，所述无功电流微分增益运算器将运算后的结果与无功电流比例调节器运算后的结果相加后传输给所述无功电流低通滤波器，由所述无功电流低通滤波器进行运算后获得无功电流补偿指令Δu_rq2；

所述有功电流内环控制模块将其输出值u_rd、所述有功功率补偿指令Δu_rd1以及所述有功电流补偿指令Δu_rd2进行求和获得转子d轴电压指令u_rd^*；所述无功电流内环控制模块将其输出值u_rq、所述无功功率补偿指令Δu_rq1以及所述无功电流补偿指令Δu_rq2进行求和获得转子q轴电压指令u_rq^*；

所述转子侧坐标逆变换模块对所述转子d轴电压指令u_rd^*与所述转子q轴电压指令u_rq^*通过坐标逆变换后获得转子电压指令u_rα和u_rβ；所述转子电压指令u_rα和u_rβ输入SVPWM模块后获得SVPWM模块输出的PWM控制信号，用于控制所述转子侧变换器，以完成抑制双馈风电场的次同步振荡控制。

2.一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制方法，是应用于由有功功率外环控制模块，无功功率外环控制模块，有功电流内环控制模块、无功电流内环控制模块、转子侧坐标变换模块、转子侧坐标逆变换模块、功率计算模块和SVPWM模块组成的双馈风电场的控制系统中，所述双馈风电场中的风力发电机组包括：风力机、轴系、双馈感应发电机、转子侧变换器、电网侧变换器、电网；其特征是，所述双馈风电场控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、在所述控制系统中设置有转子电压补偿模块；

所述转子电压补偿模块是由有功功率稳定控制模块、无功功率稳定控制模块、有功电流比例微分模块、无功电流比例微分模块组成；

所述有功功率稳定控制模块是由有功功率比例调节器和有功功率积分调节器组成；

所述无功功率稳定控制模块是由无功功率比例调节器和无功功率积分调节器组成；

所述有功电流比例微分模块是由有功电流比例调节器、有功电流微分调节器、有功电流微分增益运算器和有功电流低通滤波器组成；

所述无功电流比例微分模块是由无功电流比例调节器、无功电流微分调节器、无功电流微分增益运算器和无功电流低通滤波器组成；

步骤2、通过锁相环检测定子电压的角位置θ₁，通过光码盘检测所述双馈感应发电机的转子角位置θ_r，将所述定子电压的角位置θ₁与所述转子的角位置θ_r进行作差计算，获得所述双馈感应发电机的转差角位置θ_s；

步骤3、通过传感器从双馈风力发电机的定子获取三相定子电压u_sa、u_sb、u_sc和三相定子电流i_sa、i_sb、i_sc，并进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的坐标变换，获得定子d轴电压u_sd，定子q轴电压u_sq，定子d轴电流i_sd和定子q轴电流i_sq；

步骤4、通过传感器从双馈风力发电机的转子获取三相转子电流i_ra、i_rb、i_rc，并进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的坐标变换，获得转子有功电流i_rd和转子无功电流i_rq；

步骤5、利用式(1)获得有功功率补偿指令Δu_rd1和无功功率补偿指令Δu_rq1：

式(1)中，k_p5表示有功功率比例调节器比例系数；k_p6表示无功功率比例调节器比例系数；k_i5表示有功功率积分调节器积分系数；k_i6表示无功功率积分调节器积分系数；P_s^*表示有功功率指令，Q_s^*表示无功功率指令，s表示微分，P_s表示有功功率，Q_s表示无功功率；

步骤6、利用式(2)获得有功电流补偿指令Δu_rd2和无功电流补偿指令Δu_rq2：

式(2)中，k_g1表示有功电流比例调节器比例系数；k_t1表示有功电流微分增益运算器比例系数；T₁表示有功电流低通滤波器时间常数；k_g2表示无功电流比例调节器比例系数；k_t2表示无功电流微分增益运算器比例系数；T₂表示无功电流低通滤波器时间常数；

步骤7、利用式(3)获得转子d轴电压指令u_rd^*和转子q轴电压指令u_rq^*：

式(4)中，k_p3表示有功电流内环比例系数；k_p4表示无功电流内环比例系数；k_i3表示有功电流内环积分系数；k_i4表示无功电流内环积分系数；L_s表示定子绕组自感；L_r表示转子绕组自感；L_m表示定转子绕组的互感；s₁表示转差率；U_s表示定子电压的幅值；

步骤8、利用式(4)获得转子电压指令u_rα和u_rβ：

步骤9、所述转子电压指令u_rα和u_rβ输入SVPWM模块从而获得PWM信号：以所述PWM信号控制转子侧变换器，以完成抑制双馈风电场的次同步振荡控制。