[发明专利]一种提高不对称故障穿越能力的双馈风力机变流器控制装置

摘要

一种提高不对称故障穿越能力的双馈风力机变流器控制装置，本发明控制装置由电压电流测量装置(2)、转速测量装置(3)、参考值给定模块(4)和主控模块(5)构成，电压电流测量装置(2)、转速测量装置(3)、参考值给定模块(4)分别与主控模块(5)连接。本发明在电网不对称故障下，能够提高机组故障穿越能力，稳定定、转子电流，防止转子过电压、过电流，减小电磁转矩波形所引起的功率震荡，是一种有效提高不对称故障穿越能力的双馈风力机变流器控制装置。

主权项

一种提高不对称故障穿越能力的双馈风力机变流器控制装置，其特征是：包括电压电流测量装置(2)、转速测量装置(3)、参考值给定模块(4)、主控模块(5)，其中，电压电流测量装置(2)、转速测量装置(3)、参考值给定模块(4)分别与主控模块(5)连接；主控模块(5)包含计算模块(6)、转子侧变流器控制模块(7)和网侧变流器控制模块(8)；电压电流测量装置(2)、转速测量装置(3)分别与计算模块(6)连接，转子侧变流器控制模块(7)和网侧变流器控制模块(8)并联后与计算模块(6)连接；转子侧变流器控制模块(7)中设有自适应最优鲁棒PI调节器A(9)、自适应最优鲁棒PI调节器B(10)、自适应最优鲁棒PI调节器C(11)，在网侧变流器控制模块(8)模块中，设有自适应最优鲁棒PI调节器D(12)、自适应最优鲁棒PI调节器E(13)、自适应最优鲁棒PI调节器F(14)；控制转子侧、网侧变流器输出，转子侧变流器与网侧变流器则是通过直流电容环节相连；电压电流测量装置对以下参数进行测量：网侧电压、电流，定子电压、电流，转子电流，直流母线电压，并将测量结果送入主控模块；转速测量装置对转子转速进行测量，并送入主控模块；参考值给定模块根据机组控制目标对参考值进行设定，并设有与主控模块连接的信号传输线路；主控模块包含计算模块、转子侧变流器控制模块和网侧变流器控制模块；将得到的各参数测量值送入计算模块进行双dq分解和计算后，与给定参考值一同送入转子侧变流器控制模块和网侧变流器控制模块，经双dq、自适应最优鲁棒PI调节的定子电压定向矢量控制，得到三相调制脉冲信号；将主控模块与转子侧和网侧相连，通过三相调制脉冲信号控制转子、网侧电压实现功率的稳定输出；自适应最优鲁棒PI调节器是将输入信号自动辨识出频率极值点的特性，并根据鲁棒性能指标计算出最优的PI调节器参数；控制步骤为，将电压电流测量装置(2)和转速测量装置(3)得到的参数测量信号送入计算模块(6)中进行abc至dq+/dq‑坐标变换，分别得到电压、电流和磁链的正负序分量；转子侧变流器控制模块(7)中，当正序同步坐标系d+轴定向于定子电压矢量Usdq+上时，即u*sd+＝|Usdq+|，u*sq+＝0，采用定子电压定向的矢量控制策略，可得转子电压参考值为Urdq+*=σLrdIrdq+dt+Urdq1++(RrIrdq++jωslip+σLrIrdq++jLmLsωslip+ψsdq+)Urdq-*=σLrdIrdq-dt+Urdq1-+(RrIrdq-+jωslip-σLrIrdq-+jLmLsωslip+ψsdq-)---(1)]]>式中，Irdq+、Irdq‑为转子电流正负序坐标系下分量；ψrdq+、ψrdq‑为定子磁链正负序坐标系下分量；Rr、Lr、Ls、Lm分别为转子电阻、转子电感、定子电感、互感；σ＝1‑Lm2/LrLs为发电机漏磁系数；ωslip+、ωslip‑、ωr分别为正序转差角频率、负序转差角频率、转子角频率；转子电压正、负序分量表达式为将根据实测值计算得到的功率Ps、Qs值与转子电流负序分量Irdq‑，和参考值进行比较，得到偏差信号分别送入自适应最优鲁棒PI调节器A(9)、自适应最优鲁棒PI调节器B(10)与自适应最优鲁棒PI调节器C(11)；输入的偏差信号经辨识可到传递函数表达式为G(s)＝a(ω)+jb(ω)  (2)式中，a(ω)为实部；b(ω)为虚部；自适应最优鲁棒PI调节器的频域表达式为Gc(s)=Kp+Kis---(3)]]>式中，Kp为控制器比例系数；Ki为控制器积分系数；则有Gc(jω)=Kp-jKiω---(4)]]>其中式中，λ为鲁棒性能指标，取值范围为1.5至2.5；ω0为最优点频率；寻找最优点ω0＝ωn+1则是通过迭代得到，迭代公式为ωn+1=ωn-(π2+φn)ωn-ωn-1φn-φn-1φn=arg[G(jωn)]---(5)]]>经过自适应最优鲁棒PI调节器进行控制后，结合式(1)得到转子电压参考值U*rdq+、U*rdq‑，经过d‑q至α‑β坐标变换得到Urαβ，共同送入到SVM调制器，即可产生转子侧变流器所需的调制波；网侧变流器控制模块(8)中，交流侧电压参考值为Vgdq+*=-LgdIgdq+dt-RgIgdq+-jω1LgIgdq++Usdq+Vgdq-*=-LgdIgdq-dt-RgIgdq++jω1LgIgdq-+Usdq----(6)]]>式中，Igdq+、Igdq‑为网侧电流正负序坐标系下分量；Rg、Lg为进线电阻和电感；将直流侧电容两端的直流母线电压实测值Udc与网侧电流负序分量Igdq‑，和参考值经过比较，得到的偏差信号自适应最优鲁棒PI调节器D(12)、自适应最优鲁棒PI调节器E(13)与自适应最优鲁棒PI调节器F(14)，并结合式(6)得到交流侧电压参考值V*gdq+、V*gdq‑，经过d‑q至α‑β坐标变换得到Vgαβ，共同送入到SVM调制器，即可产生网侧变流器所需的调制波；将转子侧与网侧得到调制脉冲信号分别送至转子变流器和网侧变流器，从而实现正负序功率解耦控制。