一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制領(lǐng)域，具體說明了一種抑制空載并網(wǎng)控制到功率控制切換瞬間沖擊電流，縮短模態(tài)切換動態(tài)過程的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)能源逐漸匱乏，風(fēng)力發(fā)電得以迅猛發(fā)展，隨著風(fēng)電機(jī)組的容量越來越大，在并網(wǎng)瞬間對電網(wǎng)的沖擊不可忽視。
[0003]目前對于雙饋風(fēng)電機(jī)組的空載并網(wǎng)技術(shù)多采用矢量解耦的控制方法，建立同步速旋轉(zhuǎn)的兩相dq坐標(biāo)系，采用電網(wǎng)電壓定向的方法，將d軸定向于定子電壓A相。其控制框圖如圖1所示?？刂妻D(zhuǎn)子側(cè)勵磁電壓的urd與urq大小，即可完成對定子側(cè)電壓的控制，實現(xiàn)定子電壓的幅值、頻率和相位與電網(wǎng)電壓一致。并網(wǎng)電磁繼電器吸合，并網(wǎng)完成。
[0004]并網(wǎng)完成后，控制策略即切換成功率控制策略，目前功率控制亦是多采用矢量解耦的控制策略，其控制框圖如圖2所示。同樣是控制轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電壓的urd與urq大小，完成對發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出功率的控制。
[0005]沖擊電流的形成原因是定子電壓與電網(wǎng)電壓的不平衡。在一定轉(zhuǎn)速下，空載并網(wǎng)已使定子電壓與電網(wǎng)電壓一致，此時有一組確定的urd與urq。并網(wǎng)開關(guān)吸合，切換為功率控制，調(diào)節(jié)urd、urq實現(xiàn)最大功率跟蹤控制。然而此時urd、urq分別為比例積分控制器PI3、比例積分控制器PI4的初始值(初始值為O)與補償量的線性相加，補償量很小，不起決定性作用，故可認(rèn)為此時urcUurq初始值也為O;并且分別經(jīng)過兩個比例積分控制器(PI)才能調(diào)節(jié)到urd、urq，其變化方向有著不確定性。urd、urq的變化過程如圖5所示，勵磁電壓urd、urq的突變，使得定子電壓與電網(wǎng)電壓失去平衡，這是導(dǎo)致控制策略切換引起的沖擊電流與動態(tài)過程時間較長的原因。
[0006]現(xiàn)實運行情況中一臺風(fēng)電機(jī)組平均每年并網(wǎng)次數(shù)達(dá)到幾千次，這也就意味著對風(fēng)電機(jī)組有著幾千次的并網(wǎng)沖擊，影響風(fēng)電機(jī)組器件的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的并網(wǎng)沖擊的問題，提供一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，抑制了并網(wǎng)瞬間由控制策略切換引起的沖擊電流，縮短了動態(tài)響應(yīng)時間。
[0008]—種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，其特征是在比例積分(PI)控制器上賦予一個初始值，使其從不為零的初始值開始變化。
[0009]所述初始值為雙饋發(fā)電機(jī)運行并網(wǎng)控制策略時，定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位達(dá)到一致，轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值、q軸分量值、勵磁電壓的d軸分量值或q軸分量值。
[0010]進(jìn)一步地，一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，其特征包括下述內(nèi)容: (1)運行空載并網(wǎng)程序，檢測雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位，當(dāng)雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓達(dá)到一致時給并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出信號，并網(wǎng)開關(guān)吸合；同時記錄轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值、q軸分量值、勵磁電壓的d軸分量值、q軸分量值；
(2)將轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值賦給勵磁電流d軸分量寄存器;轉(zhuǎn)子勵磁電流q軸分量值賦給勵磁電流q軸分量寄存器;勵磁電壓的d軸分量值賦給勵磁電壓d軸分量寄存器;勵磁電壓的q軸分量值賦給勵磁電壓q軸分量寄存器；
(3)將勵磁電流d軸分量寄存器的數(shù)值加到有功功率比例積分控制器(PU)上;勵磁電流q軸分量寄存器的數(shù)值加到無功功率比例積分控制器(PI2)上;勵磁電壓d軸分量寄存器的數(shù)值加到電流環(huán)d軸比例積分控制器(PI3)上;勵磁電壓q軸分量寄存器的數(shù)值加到電流環(huán)q軸比例積分控制器(PI4)上;運行功率控制程序。
[0011]此時？11、？12、？13、？14四個比例積分控制器的輸出值均是連續(xù)變化的，使得1^(1與urq的值也連續(xù)變化，實現(xiàn)了控制策略的平滑切換。
[0012]本發(fā)明中所述瞬間沖擊電流由控制策略切換引起的瞬間沖擊電流。
[0013]在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁控制實驗平臺上，通過分析優(yōu)化控制方法前后的實驗波形驗證本發(fā)明的有益效果。
[00?4]圖5表明:沒有實施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子勵磁的電壓在并網(wǎng)時刻有較大波動，并且暫態(tài)時間較長。
[0015]圖6表明:實施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子勵磁的電壓在并網(wǎng)時刻平穩(wěn)變化，并且暫態(tài)時間很短。
[0016]圖7表明:沒有實施本發(fā)明的定子輸出功率在并網(wǎng)時刻有較大波動，并且暫態(tài)時間較長。
[0017]圖8表明:實施本發(fā)明的定子輸出功率在并網(wǎng)時刻平穩(wěn)變化，并且暫態(tài)時間很短。
[0018]圖9所示:沒有實施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子勵磁電壓、轉(zhuǎn)子電流在并網(wǎng)時刻有較大波動，并且暫態(tài)時間較長。
[0019]圖10所示:實施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子勵磁電壓、轉(zhuǎn)子電流在并網(wǎng)時刻平穩(wěn)變化，并且暫態(tài)時間很短。
[0020]總之，本發(fā)明使得并網(wǎng)時刻，控制策略切換平滑，有效的抑制了并網(wǎng)瞬間由控制策略切換引起的沖擊，并縮短了并網(wǎng)瞬間的動態(tài)響應(yīng)時間。
【附圖說明】
[0021]圖1是空載并網(wǎng)控制框圖。
[0022]圖2是功率控制控制框圖。
[0023]圖3是常規(guī)比例積分控制器原理圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的比例積分控制器原理圖。
[0025]圖5是采用常規(guī)控制策略的轉(zhuǎn)子勵磁電壓并網(wǎng)時刻波形。
[0026]圖6是采用本發(fā)明控制策略的轉(zhuǎn)子勵磁電壓并網(wǎng)時刻波形。
[0027]圖7是采用常規(guī)控制策略的定子輸出有功功率P、無功功率Q在并網(wǎng)時刻波形。
[0028]圖8是采用本發(fā)明控制策略的定子輸出有功功率P、無功功率Q在并網(wǎng)時刻波形。
[0029]圖9是采用常規(guī)控制策略的轉(zhuǎn)子A相電壓、電流在并網(wǎng)時刻波形。
[0030]圖10是采用本發(fā)明控制策略的轉(zhuǎn)子A相電壓、電流在并網(wǎng)時刻波形。
[0031 ]圖中，ird為旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電流的d軸分量； irq為旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電流的q軸分量； urd為旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電壓的d軸分量； urq為旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電壓的q軸分量； ura為轉(zhuǎn)子A相電壓； ira為轉(zhuǎn)子A相電流。
【具體實施方式】
[0032]風(fēng)力機(jī)帶動雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，并網(wǎng)控制系統(tǒng)的信號采集模塊采集雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、定子輸出電壓、電網(wǎng)電壓信號。根據(jù)圖1所示的控制框圖計算轉(zhuǎn)子勵磁電壓的旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電壓的d軸分量ur d、旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下勵磁電壓的q軸分量urq，利用空間矢量調(diào)制技術(shù)，并通過DSP控制器給雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器發(fā)出驅(qū)動信號，逆變器逆變出所需要的勵磁電壓。
[0033]檢測雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位，當(dāng)兩者達(dá)到一致時給并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出信號，并網(wǎng)開關(guān)吸合，與此同時記錄此時轉(zhuǎn)子勵磁電流ird、irq，勵磁電壓的urd、urq，并分別賦值給IDR、IQR、UDR、UQR，程序如下:
IRD=ird;
IRQ=irq;
URD=Urd;
URQ=urq;
根據(jù)圖2的控制框圖，將記錄的101?、191?、1^、1^分別加到？11、？12、？13、？14四個比例積分控制器上，即比例積分控制器(PI)是由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)與初始值IDR、IQR、UDR、UQR線性相加組成，如圖4改進(jìn)后的比例積分控制器(PI)。
[0034]PI控制器程序如下: wucha—P=Pgeiding-PP;
II=KIl*tsample*wucha—P+II;
Pl= KPl*wucha—P;
PI1=P1+I1 +IRD;wucha_ird=PI1-1rd;
I3=KI3*tsample*wucha—ird+I3;
P3= KP3*wucha—ird;
PI3= P3+I3 +URD;urd=PI3;
wucha_Q=Qgeiding-QQ;
12=-K12^t sampIe^wucha_Q+12;
P2=_KP2*wucha—Q;
PI2=P2+I2+IRQ;wucha_irq=PI2-1qr;I4=KI4*tsample*wucha_irq+I4;
P4= KP4*wucha_irq;
PI4=P4+I4+URQ;urq=PI4;
運行功率控制程序，實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，空載并網(wǎng)控制至功率控制切換完成。
[0035]本發(fā)明中，IDR為并網(wǎng)程序結(jié)束時ird的寄存器；
IQR為并網(wǎng)程序結(jié)束時irq的寄存器；
UDR為并網(wǎng)程序結(jié)束時urd的寄存器；
UQR為并網(wǎng)程序結(jié)束時urq的寄存器。
【主權(quán)項】
1.一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，所述瞬間沖擊電流是由控制策略切換引起，其特征是在比例積分控制器上賦予一個初始值，使其從不為零的初始值開始變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，其特征是所述初始值為雙饋發(fā)電機(jī)運行并網(wǎng)控制策略時，當(dāng)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位達(dá)到一致，轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值、q軸分量值、勵磁電壓的d軸分量值或q軸分量值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，其特征包括下述內(nèi)容: (1)運行空載并網(wǎng)程序，檢測雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位，當(dāng)雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓達(dá)到一致時給并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出信號，并網(wǎng)開關(guān)吸合；同時記錄轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值、q軸分量值、勵磁電壓的d軸分量值、q軸分量值； (2)將轉(zhuǎn)子勵磁電流d軸分量值賦給勵磁電流d軸分量寄存器;轉(zhuǎn)子勵磁電流q軸分量值賦給勵磁電流q軸分量寄存器;勵磁電壓的d軸分量值賦給勵磁電壓d軸分量寄存器;勵磁電壓的q軸分量值賦給勵磁電壓q軸分量寄存器； (3)將勵磁電流d軸分量寄存器的數(shù)值加到有功功率比例積分控制器PIl上;勵磁電流q軸分量寄存器的數(shù)值加到無功功率比例積分控制器PI2上;勵磁電壓d軸分量寄存器的數(shù)值加到電流環(huán)d軸比例積分控制器PI3上;勵磁電壓q軸分量寄存器的數(shù)值加到電流環(huán)q軸比例積分控制器PI4上;運行功率控制程序。
【專利摘要】一種抑制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流的方法，屬于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制領(lǐng)域，所述瞬間沖擊電流是由控制策略切換引起，其特征是在比例積分控制器上賦予一個初始值，使其從不為零的初始值開始變化。本發(fā)明使得并網(wǎng)時刻控制策略切換平滑，有效的抑制了并網(wǎng)瞬間對電網(wǎng)的沖擊，并縮短了并網(wǎng)瞬間的動態(tài)響應(yīng)時間。
【IPC分類】H02J3/38, H02P9/10, H02P21/26
【公開號】CN105680475
【申請?zhí)枴緾N201610129992
【發(fā)明人】李嵐, 李濱, 賀惟明, 牛浩明, 楊建廷
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月8日