專利名稱：不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，特別是 一種能夠針對(duì)因電網(wǎng)電壓不平衡所引起的發(fā)電機(jī)直流母線電壓脈動(dòng)進(jìn)行 有效抑制的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，屬于風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著后續(xù)能源需求的增長(zhǎng)，大型風(fēng)電場(chǎng)已在世界各地規(guī)劃和建設(shè)， 風(fēng)力機(jī)的單機(jī)容量也在迅速增大。目前，兆瓦級(jí)變速恒頻雙饋異步發(fā)電 系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，己經(jīng)成為世界各國(guó)風(fēng)電發(fā)電場(chǎng)的 主流。變速恒頻雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)所采用的雙饋異步發(fā)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是 可從發(fā)電機(jī)側(cè)實(shí)現(xiàn)速度控制、降低閃變的影響，并可通過交流勵(lì)磁變頻 裝置中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制實(shí)現(xiàn)有功和無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)和雙向流動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)同步速上、下的發(fā)電運(yùn)行。此外，勵(lì)磁變頻器容量小，當(dāng)轉(zhuǎn)速(標(biāo)
幺值)范圍在0.75 1.25時(shí)，其典型容量?jī)H為25%~35%的發(fā)電機(jī)額定容 量。這些鮮明的特點(diǎn)推動(dòng)了雙饋異步發(fā)電機(jī)在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電中的廣
泛應(yīng)用。
近年來，國(guó)際風(fēng)電技術(shù)界的主要?jiǎng)酉蚴请p饋異步風(fēng)電機(jī)組的研究已 經(jīng)從正常運(yùn)行轉(zhuǎn)向電網(wǎng)故障下的運(yùn)行，當(dāng)然，目前這些研究還大多針對(duì) 對(duì)稱故障，即無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)均認(rèn)為電網(wǎng)電壓平衡。其主要研究的 著眼點(diǎn)是在小電壓跌落時(shí)，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制，大電網(wǎng)電 壓跌落時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)以及如何實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的不間 斷運(yùn)行等方面，以及如何選擇故障電流計(jì)算和故障電路參數(shù)計(jì)算方面。
實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)電壓總是存在一定的不對(duì)稱的，即電網(wǎng)電壓中不 僅存在正序分量，還存在一個(gè)負(fù)序分量。由于傳統(tǒng)的控制策略一般只是 控制基頻分量，諧波電流可以在雙饋電機(jī)定子繞組中自由流通，雙饋電 機(jī)沒有諧波頻率的反電勢(shì)存在。這樣，輕微的電壓不平衡會(huì)造成很大的 負(fù)序電流，從而引起電機(jī)定子電流的嚴(yán)重不平衡，進(jìn)而造成定子繞組發(fā) 熱，溫度的上升會(huì)造成定子繞組絕緣水平下降，從而影響繞組的壽命。因此，有必要設(shè)計(jì)一種針對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 系統(tǒng)的控制策略，以消除負(fù)序電壓引起的直流母線電壓脈動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種不平 衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，以抑制雙饋異 步風(fēng)力發(fā)電機(jī)因電網(wǎng)電壓不平衡所引起的發(fā)電機(jī)直流母線電壓脈動(dòng)的問題。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，其特 征在于包括如下步驟
不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，其特 征在于包括如下步驟
(1) 檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓^。、 "M、 "《c，三相整流電流Zg。、 ~6、
Zgc以及直流母線電壓"&;
(2) 將步驟(1)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓^。、 " A、 ^經(jīng)過3/2變換
得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓" 、 將檢測(cè)到的三相整流電流 Zga、 ~6、 ^經(jīng)過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電流^、
(3) 通過步驟(2)所得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的定子電壓^ 、 計(jì)算電網(wǎng)電壓矢量的位置角《以及同步旋轉(zhuǎn)角速度化；
(4) 將步驟(2)計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓""。、 和整流電流!M、 ^以步驟(3)計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量的位置角《作 為變換角，進(jìn)行Park變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓"w、 和 整流電流g、
(5) 將步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度w,與網(wǎng)側(cè)濾波器的電感丄g的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流^相乘，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下整流電壓d軸反饋量W-;步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度化與 網(wǎng)側(cè)濾波器的電感、的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流^相乘， 得到的結(jié)果與步驟(4)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓^相 加，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流電壓q軸反饋量w,.;
(6)將人工設(shè)定的直流母線電壓參考值^//￡/與步驟(1)中檢測(cè)到 的直流母線電壓^,相減，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電流d軸參
考量g^;將人工設(shè)定的網(wǎng)側(cè)無功功率參考值G/^與由步驟(4)中得 到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓"^、 s和整流電流^、 ^所計(jì)算而得
的網(wǎng)側(cè)無功功率&相減，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電流q軸參
(7)將步驟(6)計(jì)算得到的整流電流參考量^<、 /^￡/與步驟(4) 計(jì)算得到的整流電流&、 ^分別相減，得到的差分別經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后 得到整流電壓參考值"g/、 ~re/;將步驟(5)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下整流電壓d軸反饋量w-.與所述整流電壓d軸參考值^/"相減，得到 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸整流電壓 ；整流電壓q軸反饋量"，取反后與
整流電壓q軸參考值^,相減，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸整流電壓^;
(8)將步驟(7)中計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的整流電壓iv、 iv 以步驟(3)中計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量角《作為坐標(biāo)變換角進(jìn)行反Park 變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓^v、 再對(duì)該兩相靜止坐 標(biāo)系下的整流電壓^、 "^進(jìn)行2/3變換，得到三相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓"^、 fc、 zv，將其作為PWM變換器的輸入，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)整 流器。
所述PIR調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為《p+」+ "T^。
所述PIR調(diào)節(jié)器中的設(shè)定頻率A設(shè)定為二倍同步旋轉(zhuǎn)角速度w,。
本發(fā)明的有益效果是
1、 本發(fā)明的控制方法通過將傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器改為PIR調(diào)節(jié)器，有
效地抑制直流母線電壓的二倍頻交流量，從而降低了因電網(wǎng)電壓不平衡 而引起的諧波所造成的影響。
2、 本發(fā)明僅僅是通過調(diào)節(jié)器的替換即實(shí)現(xiàn)了對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓條件 下發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器的控制，其改動(dòng)簡(jiǎn)單，效果明顯，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1 ，b不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制框圖
圖5風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制原理圖5網(wǎng)側(cè)整流器直流母線電壓外環(huán)的閉環(huán)控制原理圖4 ;勿網(wǎng)側(cè)整流器無功功率外環(huán)的閉環(huán)控制原理圖5網(wǎng)側(cè)整流器電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)控制原理圖勿PI調(diào)節(jié)器的原理圖7 ;^ PIR調(diào)節(jié)器的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
根據(jù)平衡理論，電網(wǎng)的三相不平衡變量可以分解為他們的正序、負(fù) 序和零序分量的和。而， 一個(gè)三相對(duì)稱、中點(diǎn)隔離的雙饋異步發(fā)電機(jī)系 統(tǒng)，可以認(rèn)為不存在零序分量。因此，在平衡電網(wǎng)電壓的條件下，僅考 慮系統(tǒng)電流、電壓以及磁鏈中的正、負(fù)序分量。選擇合適的坐標(biāo)系，使
正序分量的初始相位為0，則兩相靜止坐標(biāo)系下有
，=(0 + Fa",) — 1 +1 I e'(—( 1 )
式中F廣義地代表電壓、電流和磁鏈；^負(fù)序分量的初始相位，
下標(biāo)+ 、 一分別對(duì)應(yīng)正負(fù)序分量，W、,為同步旋轉(zhuǎn)角速度。
可見，對(duì)于平衡電網(wǎng)電壓條件下，各個(gè)電量?jī)H由其正序分量構(gòu)成。
即|F (0|=0，因此，發(fā)電機(jī)的控制策略也僅需考慮對(duì)其正序分量進(jìn)行控
7制即可。
然而，在不平衡的電網(wǎng)電壓條件下，各電量將不僅由正序分量構(gòu)成， 也包含負(fù)序分量，艮卩|&—(,)一O，則將上述式中的F。/0轉(zhuǎn)換到正向的同步 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為
^ (,) = ^ (0 * ," =| (/) I + I ~_ (/) J 一 -) (2 )
由式(2)可見，不平衡電網(wǎng)電壓下各電量在正向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中 表現(xiàn)為直流量和二倍頻交流量之和。
因此，在發(fā)電機(jī)控制過程中，對(duì)于不平衡電網(wǎng)電壓所引起的諧波干 擾，其關(guān)鍵在于對(duì)其二倍頻交流分量進(jìn)行抑制。只要能夠有效地抑制二 倍頻交流量，就能夠降低因電網(wǎng)電壓不平衡而引起的諧波所造成的影響。 本發(fā)明即是根據(jù)這一理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力 發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，用以抑制因電網(wǎng)電壓不平衡所引起的發(fā)電 機(jī)直流母線電壓脈動(dòng)。
圖l為不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制框圖，圖
2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制原理圖。該不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步 風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法具體包括如下步驟
(1) 檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓"朋、w 6、 ""c，三相整流電流^fl、 ~6、
^以及直流母線電壓^fc;
(2) 將步驟(1)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓" 。、 、^經(jīng)過3/2變換 得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓i^、 "^;檢測(cè)到的三相整流電流&、 /K/,、 ^.經(jīng)過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電流^、
(3) 將步驟(2)計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的定子電壓W^、
經(jīng)過計(jì)算得到電網(wǎng)電壓矢量的位置角《以及同步旋轉(zhuǎn)角速度《、.， (9" 二 arctan(w一 / w船)，"、.=辨/ & ;
(4) 將步驟(2)計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓i^、 和整流電流；、^以步驟(3)計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量的位置角《作為變換角，進(jìn)行Park變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓^、 和 整流電流^、
(5)將步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度^與網(wǎng)側(cè)濾波器的電 感；的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流^相乘，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下整流電壓d軸反饋量i^,，步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度化與 網(wǎng)側(cè)濾波器的電感^的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流&相乘， 得到的結(jié)果與步驟(4)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓^相加， 得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流電壓q軸反饋量w,;
(6)將人工設(shè)定的直流母線電壓參考值w/^與步驟(1)中檢測(cè)到 的直流母線電壓4相減，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電流d軸參
考量/g/"，將人工設(shè)定的網(wǎng)側(cè)無功功率參考值G/^與步驟(4)計(jì)算得 到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓l,、 和整流電流g、 ^計(jì)算得到的
網(wǎng)側(cè)無功功率&相減，其中&=" ^(,- U，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得
到整流電流q軸參考量^"'。
(7)將步驟(6)計(jì)算得到的整流電流參考量//《、^<與步驟(4)
計(jì)算得到的整流電流^、 ^分別相減，得到的差分別經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后
得到整流電壓參考值2V"、 ~,，步驟(5)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系
下整流電壓d軸反饋量w,與整流電壓d軸參考值^/,相減，得到同步旋
轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸整流電壓 ；整流電壓q軸反饋量w,取反后與整流電
壓q軸參考值"g,相減，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸整流電壓、；(8)步驟(7)中計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的整流電壓^、 ~以
步驟(3)中計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量角《作為坐標(biāo)變換角進(jìn)行反Park
變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓 a、 再對(duì)該兩相靜止坐
標(biāo)系下的整流電壓"^、 "^進(jìn)行2/3變換，得到三相靜止坐標(biāo)系下的整流
電壓~、 ~A、 ~,，將其作為PWM變換器的輸入，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)整流器。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)要點(diǎn)即是在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法中， 將步驟(6)、 (7)中傳統(tǒng)所使用的PI調(diào)節(jié)器改用PIR調(diào)節(jié)器。PIR調(diào)節(jié) 器是一種在傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上增加了諧振調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成的能夠?qū)?設(shè)定諧振頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器。通過PIR調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)可以有效 地抑制發(fā)電機(jī)直流母線電壓二倍頻脈動(dòng)的干擾。
該P(yáng)IR調(diào)節(jié)器對(duì)發(fā)電機(jī)直流母線電壓二倍頻脈動(dòng)的具體抑制控制分 析如下
同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)濾波器的動(dòng)態(tài)方程可以表示為
",=+ V" + 乂 + "的 (3 )
其中下標(biāo)g表示網(wǎng)側(cè)變流器狀態(tài)量；下標(biāo)n表示電網(wǎng)狀態(tài)量；下標(biāo)^ 表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的A軸分量；U分別為網(wǎng)側(cè)濾波器的電感和電阻；p為
微分算子；A為同步旋轉(zhuǎn)角速度。
在三相電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，由于負(fù)序分量的存在，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下各電量將含有兩倍頻成分
+ w e—一"(4)
="g羋》 、 f +(5)
_ Zg爭(zhēng)(6)
w x z
(7)
(8)
其中下標(biāo)+ ， 一分別表示同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的正序分量和負(fù)序分尸，e分別為有功和無功功率
將式(7)， (8)展開，可得到: P二P +P
其中 P 二
尸，二
尸 二
gcos
尸.=
gsin Qg0+ 二
(9) (10)
別_叫—gc/ —
w z j 一 w j
"《 — _別-
wd+卯— "(i一別+ "《一 gd-
)cos(2^;力
2— 二 (Vgty— - J, + V別--Jg")sin(2"力 可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，整流側(cè)的有功和無功均存在二倍頻 的脈動(dòng)。
發(fā)電機(jī)直流母線的動(dòng)態(tài)模型可用如下功率方程表示
丄C 2
(11)
其中，《.為整流側(cè)輸入到直流母線的功率，《為直流母線的輸出功 率，Q.為直流母線電容，4為直流母線電壓。
對(duì)于采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略的可控整流器來說， 《二"A+"As"gt。因此，在穩(wěn)態(tài)情況下，注入直流母線電容 的能量為零，母線電壓^,保持穩(wěn)定。但在非穩(wěn)態(tài)情況下，s^g，則相 差的能量將流向直流母線電容或從直流母線電容流出，造成直流環(huán)節(jié)電 壓的波動(dòng)。
定向坐標(biāo)系下，"w+=0，整流器的有功、無
電網(wǎng)電壓正序分
功功率可以簡(jiǎn)化為 尸g = """^ +尸gr
其中負(fù)序分量對(duì)有功功率的擾動(dòng)為
(12)
(13)尸 =(d +/ m )cos(20
對(duì)無功功率的擾動(dòng)為
& = GA一 -)cos (2W)
式(12)、 (13)構(gòu)成PWM整流器有功、無功解耦調(diào)節(jié)的理論依據(jù)。當(dāng) 電網(wǎng)電壓平衡時(shí)，^、 ^均為零，《,與整流電流d軸分量成正比，e,與 整流電流q軸分量成正比。但是當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，由式(12)可知， 整流器網(wǎng)側(cè)有功功率可以表示為與整流電流d軸分量成線性關(guān)系的直流 量和二倍頻擾動(dòng)分量的疊加。將其代入直流母線電壓方程，得到
丄C
2 "c &
其中C共同構(gòu)成了外部對(duì)直流母線的擾動(dòng)。由于直流母線的動(dòng) 態(tài)模型為一個(gè)非線性模型，為了便于分析，需要對(duì)于該模型進(jìn)行線性化。尸.
(14)
由于直流母線通常穩(wěn)定工作在其設(shè)定值附近，因此可以在^ =《f的工 作點(diǎn)對(duì)式(14)進(jìn)行局部線性化，在忽略二階分量后，可得到直流母線的
小信號(hào)模型
A/5.
(15)
由式(15)可以得到直流母線控制閉環(huán)的控制框圖如圖3所示，對(duì)擾動(dòng) 的閉環(huán)傳遞函數(shù)為
G』=A^/(APg「APr)
(16)
同樣，由式(13)可得到雙饋發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)無功功率的閉環(huán)控制如圖4
所示，調(diào)節(jié)器對(duì)于擾動(dòng)^的抑制效果可表示為
Gec/ C0 = &/^=1/Ll + " "F")
網(wǎng)側(cè)濾波器的動(dòng)態(tài)方程可以表示為
(17)
+ <z>丄/
(18)W股
(19)
因?yàn)樵诳刂七^程中，認(rèn)為電網(wǎng)電壓恒定，則由電網(wǎng)電壓d、 q軸分 量"(,、 引起的擾動(dòng)為穩(wěn)定的擾動(dòng)。定義不對(duì)稱運(yùn)行過程中由電網(wǎng)電壓
引起的擾動(dòng)和由反電動(dòng)勢(shì)引起的交叉耦合項(xiàng)共同構(gòu)成的擾動(dòng)項(xiàng)"-、
如下
=^+ v糾
(20)
(21)
由式(18) (21)，得到網(wǎng)側(cè)整流器電流內(nèi)環(huán)控制框圖如圖5所示
其開環(huán)傳遞函數(shù)
(22)
對(duì)于擾動(dòng)^V，其傳遞函數(shù)均為
gc 、 7 g g
(23)
因?yàn)間， ^均為直流量和二倍頻交流量之和，所以前向通道的輸入
和擾動(dòng)均包含直流量和二倍頻量。
圖6為PI調(diào)節(jié)器的原理圖。如果采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，貝lj:
(24)
其中，、和A分別為比例和積分系數(shù)。
將式(24)代入直流母線閉環(huán)控制系統(tǒng)和無功功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的 擾動(dòng)量的閉環(huán)傳遞函數(shù)式(16)、 (17)，貝ij:
G， W =丄/「"""( +《,/力+《Cj
《f + + " rf+《
(25)&面W =《厄=+ +《/力
其頻率特性
+ w J>+"""《
(26)
G勝/( = j . . —~~,, 一 _~(27)
Gq簡(jiǎn)( = 一." ， —~T, 、 — ， —~(28)
當(dāng)w為0時(shí)，|Gra; ( |、 IGy(,則O)l均趨近于0，可見，采用傳統(tǒng)
的PI調(diào)節(jié)器，能夠很好的抑制頻率為零的干擾。但是，對(duì)于不平衡電網(wǎng) 電壓條件下引起的二倍頻的脈動(dòng)，因?yàn)樵陬l率w為2w,時(shí)，IC^，,(jVy)卜
IGy,(7&)l不為0，所以對(duì)二倍頻的脈動(dòng)分量無法完全抑制。
將式(24)代入電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)和其擾動(dòng)量的閉環(huán)閉環(huán)傳 遞函數(shù)式(22)和式(23)中，貝lj，采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器 電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為
G腿(s) 二 * = +《/ s) + V) 二 , 、p
對(duì)外部擾動(dòng)量的閉環(huán)傳遞函數(shù)
乙 1 S
(29)
"GCP/ — c《p +《/ " & +么5丄^ + ( + & > +《,
(30)
對(duì)應(yīng)的頻率特性
(31)
(32)
-丄盧Uig針《
當(dāng)w為0時(shí)，IGcC/w)l無窮大，可見，采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，對(duì)于 前向通道上頻率為0的輸入，能夠零靜差的跟蹤；但是，在頻率^為2化時(shí)，|&,7>/(7' )|為有限值，可見，采用該調(diào)節(jié)器，無法實(shí)現(xiàn)零靜差的跟蹤
前向通道上因?yàn)椴黄胶怆娋W(wǎng)電壓引起的輸入信號(hào)中二倍頻脈動(dòng)分量。當(dāng) 為0時(shí)，IGC加)I等于0，可見，采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，對(duì)于頻率為
0的外部干擾，可以實(shí)現(xiàn)完全衰減。但是，在頻率《為2 、.時(shí)，|G(/W7VC/(y)|
不為0，所以該調(diào)節(jié)器無法對(duì)二倍頻的脈動(dòng)分量實(shí)現(xiàn)完全衰減。
通過以上分析可以看出，實(shí)用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器對(duì)直流母線電壓進(jìn)行 調(diào)節(jié)，僅能滿足在平衡電網(wǎng)電壓的理想條件下對(duì)外不干擾的抑制。但是， 對(duì)于不平衡的電網(wǎng)電壓條件下的二倍頻脈動(dòng)分量，并不能提供令人滿意 的抑制控制。
圖7為PIR調(diào)節(jié)器的原理圖。如果采用本發(fā)明所引入的PIR調(diào)節(jié)器 進(jìn)行調(diào)節(jié)，則傳遞函數(shù)
尸0)4p+一 2 2 (33) 其中"c為設(shè)定頻率，在本發(fā)明中，因?yàn)樾枰獙?duì)二倍頻分量進(jìn)行控
制，所以選定％=2%; fp、尺,和&分別為比例、積分和諧振系數(shù)。
將式(33)代入直流母線閉環(huán)控制系統(tǒng)和無功功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的 擾動(dòng)量的閉環(huán)傳遞函數(shù)式(16)、 (17)，得到
G',(扁(s) =(W s + O /( + <) +《Cj]
=_ —'_ 。4)
"二f C"/ + " + ("^C^ ++ ""J,.>2 + " J,〉 +
G拜=& = l/[l + +《"+ O /( + <》
(35)
對(duì)應(yīng)的頻率特性
一 X-(y2+《)
(36)-乂w3 + ( 37)
設(shè)定頻率化,=2wv ，即&為二倍頻時(shí)，當(dāng)w為0或者2wv時(shí)，I I 、
IQ層O)I均為0;可見，采用PIR調(diào)節(jié)器后對(duì)于直流母線和網(wǎng)側(cè)無功功
率中頻率為零和2w、的干擾，可以實(shí)現(xiàn)完全衰減。
將式(33)代入電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)和其擾動(dòng)量的閉環(huán)閉環(huán)傳 遞函數(shù)式(22)和式(23)中，貝lj，采用PIR調(diào)節(jié)器 電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為
("=如=(k, +《"+ k j + a2)) +么"
fi (38)
《,1 + (a:, + o2 + +《,<
3 2
_丄/ + +++《+ k>2+++a>，
對(duì)應(yīng)的頻率特性
-/X,3 -(尺,+ &)w2 + +尺,W (40)
丄,4 - _/7 ,3 一丄,>2 +
__,3+_ "n
_丄,4 _ ,p + i ,3 _ (丄X + a; + & V + ，P + +尺,a2
設(shè)定頻率％=2 ,，即^為二倍頻時(shí)，從式(40)所表示的電流內(nèi)環(huán)
開環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性可以看出，采用PIR調(diào)節(jié)器，前向通道對(duì)于輸 入信號(hào)^中頻率為0的直流分量和頻率為2化的二倍頻分量，對(duì)應(yīng)的幅頻
響應(yīng)1 G/m (y0) I 、 I G/m (y'2 v) I均趨于無窮，即該調(diào)節(jié)器能夠零靜差的跟蹤輸入信號(hào)/,中的直流分量和頻率為2^的二倍頻分量。從式(41)所表示
的擾動(dòng)量的閉環(huán)傳遞函數(shù)的頻率特性中可以看出，采用PIR調(diào)節(jié)器，對(duì) 于擾動(dòng)量^中頻率為0的直流分量和頻率為2^的二倍頻分量，對(duì)應(yīng)的
幅頻響應(yīng)IG圖訓(xùn)(yO)卜|^(諷預(yù)(./2化)|均為0，即能夠完全消除擾動(dòng)量中的
直流分量和頻率為2 、.的二倍頻分量。
所以，采用該P(yáng)IR調(diào)節(jié)器，只要選擇設(shè)定頻率％=2wv，即^為二倍 頻，即可在前向通道上對(duì)于頻率為零和二倍頻的給定值實(shí)現(xiàn)零靜差跟蹤； 對(duì)于頻率為零和二倍頻的干擾，實(shí)現(xiàn)完全衰減。
綜上所述，本發(fā)明通過將傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器改為PIR調(diào)節(jié)器，并將 PIR調(diào)節(jié)器中的設(shè)定頻率^設(shè)定為二倍頻^.=2 、.，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于頻率為 零和二倍頻的零靜差跟蹤，以及對(duì)于頻率為零和二倍頻的干擾的完全衰 減。結(jié)合前述分析，對(duì)于不平衡電網(wǎng)電壓所引起的諧波干擾，其關(guān)鍵在 于對(duì)其二倍頻交流分量進(jìn)行抑制。只要能夠有效地抑制二倍頻交流量， 就能夠降低因電網(wǎng)電壓不平衡而引起的諧波所造成的影響。由此可見， 本發(fā)明僅僅是通過調(diào)節(jié)器的替換即實(shí)現(xiàn)了對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓條件下發(fā)電 機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器的控制，其改動(dòng)簡(jiǎn)單，效果明顯，并且不涉及復(fù)雜器件的 設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓una、unb、unc，三相整流電流iga、igb、igc以及直流母線電壓udc；(2)將步驟(1)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓una、unb、unc經(jīng)過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓unα、unβ；將檢測(cè)到的三相整流電流iga、igb、igc經(jīng)過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電流igα、igβ；(3)通過步驟(2)所得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的定子電壓unα、unβ計(jì)算電網(wǎng)電壓矢量的位置角θn以及同步旋轉(zhuǎn)角速度ωs；(4)將步驟(2)計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓unα、unβ和整流電流igα、igβ以步驟(3)計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量的位置角θn作為變換角，進(jìn)行Park變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓und、unq和整流電流igd、igq；(5)將步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度ωs與網(wǎng)側(cè)濾波器的電感Lg的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流igq相乘，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流電壓d軸反饋量ugdc；步驟(3)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)角速度ωs與網(wǎng)側(cè)濾波器的電感Lg的乘積與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流igd相乘，得到的結(jié)果與步驟(4)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓und相加，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流電壓q軸反饋量ugqc；(6)將人工設(shè)定的直流母線電壓參考值udcref與步驟(1)中檢測(cè)到的直流母線電壓udc相減，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電流d軸參考量igdref；將人工設(shè)定的網(wǎng)側(cè)無功功率參考值Qgref與由步驟(4)中得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓und、unq和整流電流igd、igq所計(jì)算而得的網(wǎng)側(cè)無功功率Qg相減，其結(jié)果經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電流q軸參考量igqref；(7)將步驟(6)計(jì)算得到的整流電流參考量igdref、igqref與步驟(4)計(jì)算得到的整流電流igd、igq分別相減，得到的差分別經(jīng)過PIR調(diào)節(jié)器后得到整流電壓參考值ugdref、ugqref；將步驟(5)計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流電壓d軸反饋量ugdc與所述整流電壓d軸參考值ugdref相減，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸整流電壓ugd；整流電壓q軸反饋量ugqc取反后與整流電壓q軸參考值ugqref相減，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸整流電壓ugq；(8)將步驟(7)中計(jì)算得到的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的整流電壓ugd、ugq以步驟(3)中計(jì)算得到的電網(wǎng)電壓矢量角θs作為坐標(biāo)變換角進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓ugα、ugβ；再對(duì)該兩相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓ugα、ugβ進(jìn)行2/3變換，得到三相靜止坐標(biāo)系下的整流電壓uga、ugb、ugc，將其作為PWM變換器的輸入，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)整流器。
2、 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述PIR調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為^+」+ ^^。 ps s
3、 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于所述PIR調(diào)節(jié)器 中的設(shè)定頻率^設(shè)定為二倍同步旋轉(zhuǎn)角速度A。
全文摘要
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器控制方法通過將傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器改為PIR調(diào)節(jié)器，并將PIR調(diào)節(jié)器中的設(shè)定頻率ω_c設(shè)定為二倍同步旋轉(zhuǎn)角速度ω_s，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)前向通道輸入信號(hào)中頻率為零和二倍頻分量的零靜差跟蹤，以及對(duì)于頻率為零和二倍頻的干擾的完全衰減。從而，降低了因電網(wǎng)電壓不平衡而引起的諧波所造成的影響。本發(fā)明僅僅是通過調(diào)節(jié)器的替換即實(shí)現(xiàn)了對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓條件下發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)整流器的控制，其改動(dòng)簡(jiǎn)單，效果明顯，并且不涉及復(fù)雜器件的設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101557190SQ200910077568
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者苑國(guó)鋒, 鄭艷文, 龔細(xì)秀 申請(qǐng)人:北京清能華福風(fēng)電技術(shù)有限公司