[发明专利]双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法

摘要

本文公开了一种双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法，通过对同步机的惯性及调频调压特性进行模拟，使得机组能够区别于传统电流控制型下不响应电网频率变化的特征，从而具有基于电压控制型并通过虚拟惯性对弱电网电压和频率支撑的能力。本方法提出并实现内环以基于自适应的定子虚拟阻抗和传输线路跌落电压前馈补偿的改进型双馈发电机定子电压转子电流双闭环结构进行控制，包含定子电压和转子电流之间的交叉控制，同时外环以虚拟同步实现算法进行控制的VCT‑DFIG虚拟同步控制结构，实现了任何实际阻抗的弱网条件下VCT‑DFIG并网运行的输出功率控制及其有效解耦，所设计的控制结构使得双馈发电机具有更大的惯性和频率支撑能力。

主权项

1.一种双馈风力发电机组的电压控制型虚拟同步方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1，采样双馈发电机的定子电压三相交流信号Usa，Usb，Usc、定子输出电流三相交流信号Isa，Isb，Isc和转子线圈电流三相交流信号Ira，Irb，Irc，通过光电编码器提取双馈发电机的转子旋转角速度ωr，根据转子旋转角速度ωr和双馈发电机的极对数p经过转子角度计算方程得到双馈发电机的转子角度θr；所述转子角度计算方程为：s为拉普拉斯算子；步骤2，将步骤1中采集的定子电压三相交流信号Usa，Usb，Usc、定子输出电流三相交流信号Isa，Isb，Isc和转子线圈电流三相交流信号Ira，Irb，Irb，经过三相abc静止坐标系到两相dq旋转坐标系的坐标变换，得到双馈发电机的定子电压dq分量Usd，Usq、定子输出电流dq分量Isd，Isq和转子线圈电流dq分量Ird，Irq；步骤3，根据步骤2中得到的定子电压dq分量U_sd，U_sq和定子输出电流dq分量I_sd，I_sq，经过功率计算方程得到双馈发电机向电网输出的平均有功功率和平均无功功率步骤4，根据双馈发电机给定的有功功率指令P_ref和无功功率指令Q_ref、步骤3中的得到的平均有功功率和平均无功功率经过虚拟同步算法方程得到双馈发电机的定子电压指令U_ref和定子虚拟同步角频率指令ω_ref；步骤5，首先根据步骤4中得到的定子虚拟同步角频率指令ω_ref得到双馈发电机的定子虚拟同步角度θ_s，然后根据定子虚拟同步角度θ_s和步骤1中得到的双馈发电机的转子角度θ_r，经过转差角度计算方程得到双馈发电机的转差角度θ_sl；步骤6，经过定子虚拟阻抗自适应控制方程得到双馈发电机的定子虚拟阻抗压降dq分量Uvd，Uvq，经过电压前馈补偿控制方程得到双馈发电机的前馈补偿电压Uc，然后根据定子虚拟阻抗压降dq分量Uvd，Uvq、前馈补偿电压Uc和步骤4中得到的定子电压指令Uref，经过基于双馈发电机定子电压矢量定向的定子电压给定控制方程计算得到双馈发电机的定子电压给定dq分量Usd_ref，Usq_ref；步骤7，根据步骤6中得到的定子电压给定dq分量Usd_ref，Usq_ref和步骤2中得到的定子电压dq分量Usd，Usq，使用定子电压比例‑积分调节器进行定子电压闭环控制，经过定子电压闭环控制方程得到定子电压比例‑积分调节器输出的转子电流调节信号dq分量Ird_piu，Irq_piu；步骤8，首先根据步骤7中得到的定子电压比例‑积分调节器输出的电流调节信号dq分量Ird_piu，Irq_piu，经过交叉控制方程得到双馈发电机的转子电流给定dq分量Ird_ref，Irq_ref，再把Ird_ref，Irq_ref和步骤2中得到的转子线圈电流dq分量Ird，Irq，使用转子电流比例‑积分调节器进行转子电流闭环控制，经过转子电流闭环控制方程得到转子电流比例‑积分调节器输出的定子电压调节信号dq分量Usd_pii，Usq_pii；步骤9，首先通过步骤5中计算得到的双馈发电机的转差角度θsl，将步骤8中得到的定子电压调节信号dq分量Usd_pii，Usq_pii经过两相dq旋转坐标系变换到两相αβ静止坐标系变换到的2r/2s坐标变换得到定子电压调制信号αβ分量Usα_m，Usβ_m，再根据定子电压调制信号αβ分量Usα_m，Usβ_m和直流母线电压Udc生成双馈发电机转子侧变流器开关管的SVPWM控制信号Sabc。