專利名稱：一種雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及不平衡電流協同控制裝置及其控制方法，尤指一種雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置及其控制方法。
背景技術：
隨著風力發電的發展，世界各國電網對風電機組的電網適應能力要求越來越高，風電機組必須能夠適應較復雜的電網條件。由于雙饋機組的交流勵磁變頻器只需供給轉差功率，大大減少了機組對變頻器容量的要求使得雙饋式風力發電機組成為目前風力發電領域的主力機型之一。
雙饋機組現有的控制技術一般只是基于理想電網考慮的。在電網不平衡度較大時，由于雙饋發電機的定子與電網直接連接，定子會產生較嚴重的電流不平衡現象，從而引起損耗增大、發熱增多、轉矩脈動以及由于轉矩脈動所引發的齒輪箱和機械傳輸軸的疲勞損耗、無功功率脈動、電能質量下降等問題的出現。同時，雙饋發電機繞組及雙饋變流器內部各器件電氣參數不對稱，也會影到機組的定子電流及總并網電流的平衡度，引起電能質量下降等問題的出現。

發明內容
有鑒于此，本發明提供一種雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置及其控制方法，以解決因電網電壓不對稱及雙饋發電機繞組和雙饋變流器內部各器件參數不對稱產生定子電流不平衡、引起損耗增大、發熱增多、轉矩脈動以及由于轉矩脈動所引發的齒輪箱和機械傳輸軸的疲勞損耗、無功功率脈動、電能質量下降等問題。本發明是這樣實現的，一種雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其使機側變流器和網側變流器協同控制，抑制風電機組總的不平衡電流，所述雙饋變流器不平衡電流協同控制方法包括機側變流器控制方法和網側變流器控制方法機側變流器控制方法，檢測當前定子電壓矢量的負序分量，計算出抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流的大小，并以此轉子負序電流的值作為轉子電流負序控制的參考輸入進行轉子電流負序控制；網側變流器控制方法，檢測當前定子電流的負序分量，并以此定子電流負序分量作為網側電流負序控制的參考輸入進行網側電流負序控制。作為上述方案的進一步改進，所述機側變流器控制方法中，抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流為…工疋/^弋/^沁其中^^為定子電壓矢量的負序分量，Os為定
子電壓同步角速度，Ki為定、轉子電流變比，Lffl為定、轉子互感。作為上述方案的進一步改進，所述網側變流器控制方法具體包括以下步驟步驟一、在當前控制周期內根據三相電網電壓usA、usB> usC,經Clarke和Park坐標
變換，得到電網電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值4、<，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角€和定子電壓負序空間矢量角C，第一次坐標變換時，Park變換用角度氣p、C為預先設計的值； 步驟二、利用^、<、U:、，分別計算出電網電壓正、負序分量、<p、K；；、 ；";步驟三，利用<p獲得下一控制周期的電網電壓正序空間矢量角@ ；步驟四，利用下一控制周期電網電壓正序空間矢量角⑧計算出下一控制周期的電網電壓負序空間矢量角C;步驟五、根據當前控制周期的定子電流經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值I'i、if,、Cd、C1，其中，Park變換用角度為當前控制周期和0;；步驟六、根據當前控制周期的網側電流，經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉 dqP> dqn坐標系下的值&、&、0、i;，其中，Park變換用角度為當前控制周期和f ；步驟七、利用ii、^、I、C計算出定子電流正、負序分量Q、Q、C、C ;步驟八、利用&;44,計算出網側電流正、負序分量、c；步驟九、由雙饋變流器的網側電流負序調節器模塊構成網側電流負序控制網絡，定子電流的負序分量/；、/=作為當前控制周期網側電流負序調節器模塊的輸入；步驟十、由雙饋變流器的網側電流正序調節器模塊構成網側電流正序控制網絡，網側電流正序調節器模塊的有功電流輸入由當前控制周期直流側調節器的輸出得到，
當前控制周期的無功電流輸入ZgIfrf由外部給定；步驟十一、當前控制周期內，網側電流正序調節器模塊輸出及網側電流負序調節器模塊輸出、 ；；分別與電網電壓正序分量《!、及負序分量、<合并后得到、v；p和v;、，然后^、r；；和^、Fj再通過Park—1變換、矢量合成，得到網側電壓
空間矢量發生模塊的輸入Vga、Vge，其中Park—1變換用角度為當前控制周期#和。作為上述方案的進一步改進，所述機側變流器控制方法具體包括以下步驟步驟一、在當前控制周期內根據三相定子電壓usA、usB、Usc,經Clarke和Park坐標
變換，得到定子電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值、<、Usmi、<，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角€和定子電壓負序空間矢量角C，第一次坐標變換時，Park變換用角度f、C為預先設計的值；步驟二、利用4、<、<、U:q，分別計算出定子電壓正、負序分量、W；p、< ；步驟三、利用I^p獲得下一控制周期的定子電壓同步角速度和定子電壓正序空間矢量角C;
步驟四、利用下一控制周期定子電壓正序空間矢量角C計算出下一控制周期的定子電壓負序空間矢量角C;步驟五、根據當前控制周期的轉子位置角e P計算出當前控制周期的轉子電流的
正、負序轉差矢量角
權利要求
1.一種雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其特征在于，其使機側變流器和網側變流器協同控制，抑制風電機組總的不平衡電流，所述雙饋變流器不平衡電流協同控制方法包括機側變流器控制方法和網側變流器控制方法 機側變流器控制方法，檢測當前定子電壓矢量的負序分量，計算出抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流的大小，并以此轉子負序電流的值作為轉子電流負序控制的參考輸入進行轉子電流負序控制； 網側變流器控制方法，檢測當前定子電流的負序分量，并以此定子電流負序分量作為網側電流負序控制的參考輸入進行網側電流負序控制。
2.根據權利要求I所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其特征在于，所述機側變流器控制方法中，抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流為=111/0^1,4 )，其中U::q為定子電壓矢量的負序分量，為定子電壓同步角速度，Ki為定、轉子電流變比，Lffl為定、轉子互感。
3.根據權利要求I所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其特征在于，所述網側變流器控制方法具體包括以下步驟 步驟一、在當前控制周期內根據三相電網電壓usA、usB、usC,經Clarke和Park坐標變換，得到電網電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值、<，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角④5和定子電壓負序空間矢量角《，第一次坐標變換時，Park變換用角度-、C為預先設計的值； 步驟二、利用I!:、<、iC、<，分別計算出電網電壓正、負序分量w；f、、< ; 步驟三，利用 2獲得下一控制周期的電網電壓正序空間矢量角01 ; 步驟四，利用下一控制周期電網電壓正序空間矢量角C計算出下一控制周期的電網電壓負序空間矢量角C; 步驟五、根據當前控制周期的定子電流經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值i'spd、、I'、/；,其中，Park變換用角度為當前控制周期⑥和0:； 步驟六、根據當前控制周期的網側電流，經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值、#=、#:d、#;，其中，Park變換用角度為當前控制周期屺和€ ； 步驟七、利用C、,二、C、Q計算出定子電流正、負序分量C、C、C、C ； 步驟八、利用 、C、i、C計算出網側電流正、負序分量G、C、C、C ； 步驟九、由雙饋變流器的網側電流負序調節器模塊構成網側電流負序控制網絡，定子電流的負序分量G、/:作為當前控制周期網側電流負序調節器模塊的輸入； 步驟十、由雙饋變流器的網側電流正序調節器模塊構成網側電流正序控制網絡，網側電流正序調節器模塊的有功電流輸入ZiJrf由當前控制周期直流側調節器的輸出得到，當前控制周期的無功電流輸入由外部給定;步驟十一、當前控制周期內，網側電流正序調節器模塊輸出I^p、C及網側電流負序調節器模塊輸出 、 ；"分別與電網電壓正序分量及負序分量!I:、 ；"合并后得到和vS、vS，然后vS、vS和vS、vS再通過parP變換、矢量合成，得到網側電壓空間矢量發生模塊的輸入Vga、Vge，其中PariT1變換用角度為當前控制周期€和€。
4.如權利要求I所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其特征在于，所述機側變流器控制方法具體包括以下步驟步驟一、在當前控制周期內根據三相定子電壓usA、usB、usC；,經Clarke和Park坐標變換，得到定子電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值《spd、<、II、<，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角^和定子電壓負序空間矢量角《，第一次坐標變換時，Park變換用角度C、C為預先設計的值； 步驟二、利用Ili、<、、 5;，分別計算出定子電壓正、負序分量》 、、#；；、 5 ；步驟三、利用獲得下一控制周期的定子電壓同步角速度《3和定子電壓正序空間矢量角⑨;步驟四、利用下一控制周期定子電壓正序空間矢量角⑨計算出下一控制周期的定子電壓負序空間矢量角C;步驟五、根據當前控制周期的轉子位置角0P計算出當前控制周期的轉子電流的正、負序轉差矢量角％ = €鳴、沒:=€ ;步驟六、根據當前控制周期的轉子電流，經Clarke和Park坐標變換，得到^、C、·4；，Park變換用角度為當前控制周期巧、0； 步驟七、利用c、/,、c、i;，分別計算出轉子電流的正、負序分量/,r、c、cn、C ；步驟八、由雙饋變流器的轉子電流負序調節器模塊構成轉子電流負序抑制網絡，<細JCiLJ、作為當前控制周期轉子電流負序調節器模塊的輸入/^rrf、￠-,其中定子電壓矢量在同步旋轉坐標系下的負序分量，％為當前控制周期定子電壓同步角速度，第一次運算時，使用預先設計的值，Ki為定、轉子電流變比，Lm為定、轉子互感；ws 步驟九、由雙饋變流器的轉子電流正序調節器模塊構成轉子電流正序控制網絡，當前控制周期的轉子電流正序調節器模塊的輸入/IL1.、Civr由外部給定；步驟十、當前控制周期內，轉子電流正序調節器模塊輸出*4P、及轉子電流負序調節器模塊輸出I^n、分別通過Park—1變換、矢量合成，得到轉子電壓空間矢量發生模塊的輸入Wa、Ud，其中，Park—1變換用角度為為當前控制周期％和C。
5.如權利要求3或4所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制方法，其特征在于，Clarke和Park變換矩陣分別為 n2 I -M2 —1/2f cosr/ SiEfl n , -i 女她化價兒 (3/2= [o 伽 4/2j，(一 U- 二變換矩陣為: _ Fcos^ -sinp ^2tI2s 二 .o sin <p costp
6.一種雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置，其使機側變流器和網側變流器協同控制，抑制風電機組總的不平衡電流，其特征在于，所述雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置包括機側變流器控制單元和網側變流器控制單元， 所述機側變流器控制單元，用于檢測當前定子電壓矢量的負序分量，計算出抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流的大小，并以此轉子負序電流的值作為轉子電流負序控制的參考輸入進行轉子電流負序控制； 所述網側變流器控制單元，用于檢測當前定子電流的負序分量，并以此定子電流負序分量作為網側電流負序控制的參考輸入進行網側電流負序控制。
7.根據權利要求6所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置，其特征在于，在所述機側變流器控制單元中，轉子負序電流的計算公式為:Cq /(Jm具Lm)，其中為定子電壓矢量的負序分量，為定子電壓同步角速度，Ki為定、轉子電流變比，Lm為定、轉子互感。
8.根據權利要求6所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置，其特征在于，所述網側變流器控制單元包括 第一坐標變換模塊，用于在當前控制周期內根據三相電網電壓usA、usB、usC，經Clarke和Park坐標變換，得到電網電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值Iil1、<、<、<，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角⑦5和定子電壓負序空間矢量角C，第一次坐標變換時，Park變換用角度為預先設計的值； 電網電壓正、負序解耦模塊，用于利用，分別計算出電網電壓正、負序 *P% -Ji刀里 、轉、、m ; 電網電壓鎖相環模塊，用于利用獲得下一控制周期的電網電壓正序空間矢量角(ps ； 第一計算模塊，用于利用下一控制周期電網電壓正序空間矢量角^計算出下一控制周期的電網電壓負序空間矢量角C； 第二坐標變換模塊，用于根據當前控制周期的定子電流經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值4、Ifq、C、C，Park變換用角度為當前控制周期的※和C ； 第三坐標變換模塊，用于根據當前控制周期網側電流，經Clarke和Park坐標變換得到同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值&、C、、/；，Park變換用角度為當前控制周期的⑦和④；定子電流正、負序解耦模塊，用于利用&、c、c、4計算出定子電流的正、負序分量a、 網側電流正、負序解耦模塊，用于利用i;、C、C、I；計算出網側電流的正、負序分量 網側電流負序調節器模塊，用于構成網側電流負序控制網絡，定子電流的負序分量G作為當前控制周期網側電流負序調節器模塊的輸入； 網側電流正序調節器模塊，用于構成網側電流正序控制網絡，網側電流正序調節器模塊的有功電流輸入^-由當前控制周期直流側調節器的輸出得到，當前控制周期的無功電流輸入Cfrf由外部給定；第一坐標變換及矢量合成模塊，用于將當前控制周期內網側電流正序調節器模塊輸出及網側電流負序調節器模塊輸出u;、分別與電網電壓正序分量^、<及負序分量iQ、合并后得到vj、v；p和V;、V:，然后v；、C和V;:、再通過ParlT1變換、矢量合成，得到網側電壓空間矢量發生模塊的輸入Vga、Vgp，其中Park—1變換用角度為當前控制周期的C和€。
9.根據權利要求8所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置，其特征在于，所述機側變流器控制單元包括 第一坐標變換模塊，用于在當前控制周期內根據三相定子電壓usA、usB、us。，經Clarke和Park坐標變換，得到定子電壓分別在同步旋轉dqp、dqn坐標系下的值<、u:、<；，其中，Park變換用角度為上一控制周期得到的定子電壓正序空間矢量角f和定子電壓負序空間矢量角0，第一次坐標變換時，Park變換用角度為預先設計的值； 定子電壓正、負序解耦模塊，用于利用、<、<、，分別計算出定子電壓正、負序分量 @、<、心、< ； 定子電壓鎖相環模塊，用于利用獲得下一控制周期的定子電壓同步角速度和定子電壓正序空間矢量角⑧； 第一計算模塊，利用下一控制周期定子電壓正序空間矢量角C計算出下一控制周期的定子電壓負序空間矢量角C； 第二計算模塊，用于根據當前控制周期的轉子位置角0p計算當前控制周期的轉子電流的正、負序轉差矢量角^ =0!-⑦、^ = 0:-&t ；第四坐標變換模塊，根據當前控制周期的轉子電流分別經Clarke和Park坐標變換，得到/工、、/；,、，Park變換用角度為當前控制周期屺和和；轉子電流正、負序解耦模塊，用于利用Q、C、4、C，分別計算出轉子電流的正、負序分量 O、C、C、G ；轉子電流負序調節器模塊，用于構成轉子電流負序抑制網絡，Cu)、-u2作為當前控制周期轉子電流負序調節器模塊的輸入、Qta-，/C、1C為定子電壓矢量在同步旋轉坐標系下的負序分量，為當前控制周期定子電壓同步角速度，第一次運算時，使用預先設計的值，Ki為定、轉子電流變比，Lffl為定、轉子互感；轉子電流正序調節器模塊，用于構成轉子電流正序控制網絡，當前控制周期的轉子電流正序調節器模塊的輸入￠-、/Jref由外部給定；第二坐標變換及矢量合成模塊，用于將當前控制周期內，轉子電流正序調節器模塊輸出及轉子電流負序調節器模塊輸出心、 1；分別通過Park—1變換、矢量合成，得到轉子電壓空間矢量發生模塊的輸入b、ure，Park-1變換用角度為當前控制周期的^|和^。
10.根據權利要求8或9所述的雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置，其特征在于，Clarke和Park變換矩陣分別為
全文摘要
本發明涉及一種雙饋變流器不平衡電流協同控制裝置及其控制方法，該控制方法包括機側變流器控制方法，檢測當前定子電壓矢量的負序分量，計算出抑制定子電流不平衡所需要的轉子負序電流的大小，并以此轉子負序電流的值作為轉子電流負序控制的參考輸入進行轉子電流負序控制；網側變流器控制方法，檢測當前定子電流的負序分量，并以此定子電流負序分量作為網側電流負序控制的參考輸入進行網側電流負序控制。本發明的優點在于可以有效抑制定子電流的不平衡，減小發電機組損耗，克服無功功率和有功功率脈動等問題，同時降低系統總并網電流不平衡度，繼而提高機組的電能質量，增強機組的電網適應能力。
文檔編號H02P21/12GK102751934SQ20121025376
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者余勇, 吳玉楊, 屠運武, 張顯立, 張立平, 曹仁賢, 鄧立榮, 鄒海晏 申請人:陽光電源股份有限公司