電網故障下雙饋感應風力發電機暫態電流跟蹤控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于風力發電技術領域，更具體地，涉及一種電網故障下雙饋感應風力發 電機暫態電流跟蹤控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著風電在電網中滲透率的提高，各國對風電機組提出了相應的并網規范；其中， 關注度最高的當屬低電壓穿越要求，即電網故障期間，風電機組能不脫網運行并在規定時 間內向電網提供無功支撐。
[0003] 在多種風電機組中，雙饋式風電機組具有變流器容量小、變頻恒速、無功有功解 親控制等優點，成為了當前主流機型；然而，雙饋感應風力發電機（Doublyfedinduction generator,DFIG)的定子與電網直接相連，對電網電壓非常敏感；當電網發生深度故障時， 會在轉子側感應電動勢中激勵出遠超過直流母線電壓的暫態和負序分量，容易導致轉子側 變流器出現過壓過流問題。
[0004] 目前，低電壓穿越方案主要分為以下兩類：
[0005]-類是附加硬件方案，主流的低電壓穿越解決裝置是撬棒（Crowbar)，其結構簡 單、成本較低。但是，Crowbar投入后，系統不可控，并且雙饋感應風力發電機將類似于鼠 籠型電機運行，會向電網吸收大量的無功功率；為此，一些學者也相繼提出了串聯網側變流 器、電壓動態恢復器、靜止同步補償器等解決方案，可維持系統可控，但是，這類附加硬件的 解決方案均會增加系統的硬件成本和控制復雜性。
[0006] 另一類是通過改進勵磁控制方案，由于其具有較高的靈活性而得到了廣泛關注， 如：通過在轉子電流指令中注入與定子磁鏈相關的暫態分量的磁鏈有源衰減控制方法[參 見：張祿，金新民，戰亮宇，等.電網電壓對稱跌落下的雙饋感應風力發電機磁鏈有源衰減 控制[刀.電工技術學報，2012,27(09):191-197.];在轉子電流指令中注入與定子磁鏈 相關的暫態、負序分量的滅磁控制方法[參見：XiangDawei，RanLi，TavnerPeterJ.， etal.Controlofadoublyfedinductiongeneratorinawindturbineduring gridfaultride-through[J].IEEETransactionsonEnergyConversion，2006,21 (3): 652-662.];在中國發明專利說明書CN103633913A中公開了一種在轉子電流指令中注入與 定子電流相關的正序、暫態、負序分量的反向電流跟蹤控制方法。該類方法通過在轉子電流 指令中注入一定的暫態（或負序）分量，可有效降低轉子側變流器電壓需求，進而增強雙饋 感應風力發電機在深度電網故障下的可控低電壓穿越能力。然而，在矢量控制系統所在的 同步旋轉坐標系下，該暫態、負序電流指令分別表現為50Hz、100Hz的交流量，然而，經典的 PI控制器無法精確跟蹤該指令，進而降低了這類改進控制策略的有效性。因此，必須對轉子 側變流器電流環的控制結構進行相應改造，以適應電網故障條件下轉子側變流器對暫態控 制目標的精確實現。
[0007] 目前，已有一些提高電流環對暫態電流跟蹤能力的研究工作，例如：
[0008] [l]XuLie,WangYi.DynamicmodelingandcontrolofDFIG-Basedwind turbinesunderunbalancednetworkconditions[J].IEEETransactionsonPower Systems,2007,22(1) ：314-323.
[0009] [2]HuJiabing，HeYikang.ReinforcedcontrolandoperationofDFIG-Based wind-power-generationsystemunderunbalancedgridvoltageconditions[J].IEEE TransactionsonEnergyConversion，2009,24(4) ：905-915.
[0010] [3]HuJiabing,HeYikang,XuLie,etal.ImprovedcontrolofDFIGsystems duringnetworkunbalanceusingPI-Rcurrentregulators[J].IEEETransactionson IndustrialElectronics,2009,56 (2) ：439-451.
[0011] 文獻[1]提出了 一種正、負序雙dq坐標系下PI控制方案，實現了雙饋感應 風力發電機對正、負序電流的獨立調節與有效控制，但是，由于需要使用濾波器來對 電流的正、負序分量進行分離，會引入延時和幅值衰減，影響了控制系統的動態響應 速度和穩態控制精度。文獻[2]提出了在兩相定子靜止a0坐標系下的比例諧振 (Proportional-Resonant,P-R)控制方案，實現了對雙饋感應風力發電機轉子正、負序電流 無需分離的統一調節，然而，該方案需對基于穩態條件下設計的傳統矢量控制系統進行較 大的結構改動，影響了該方案的工業應用前景。文獻[3]提出了在同步旋轉坐標系下PI-R 控制方法，借助于諧振控制器來實現對交流分量指令的精確控制，但是，諧振分量的相位滯 后會導致原系統動態性能的下降。

【發明內容】

[0012] 針對現有技術中存在的問題，本申請提供的是電網故障下雙饋感應風力發電機暫 態電流跟蹤控制方法，其中通過在轉子側變流器的電流環中附加與轉子暫態電流指令相關 的暫態電流指令前饋分量，實現了提高原電流環對交流指令的跟蹤能力，從而將該暫態電 流指令所對應的特性充分發掘出來，以增強雙饋感應風力發電機的低電壓穿越能力，因而 尤其適用于風力發電的勵磁控制的應用場合。
[0013] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種電網故障下雙饋感應風力 發電機暫態電流跟蹤控制方法，其特征在于該方法包含以下各步驟：
[0014] ⑴獲取所述雙饋感應風力發電機的電機參數，所述參數包括定子自感Ls、定轉子 互感Lm、定子電阻Rs、轉子電阻艮和轉子自感L^
[0015] (2)通過電壓、電流霍爾傳感器來獲得所述雙饋感應風力發電機的定子三相電壓 Usabc、定子三相電流Isab。和轉子三相電流Irabc;
[0016] (3)使用鎖相環來獲取所述電網并網點電壓的角頻率《s;
[0017] (4)采用編碼器來獲取所述雙饋感應風力發電機的轉子機械角頻率
[0018] (5)根據步驟（3)獲得的所述并網點電壓的角頻率步驟⑷中獲得的所述 轉子機械角頻率來獲得轉差角頻率《 2= ? 并將轉差角頻率《2進行積分來獲得 轉差角92;
[0019] (6)根據步驟（5)中的轉差角0 2，對上述步驟⑵中的所述定子三相電壓Usab。、所 述定子三相電流Isab。和所述轉子三相電流I。分別進行abc/dq坐標變換，來獲得同步旋 轉坐標系下的所述雙饋感應風力發電機的定子d軸電壓usd、定子q軸電壓usq、定子d軸電 流isd、定子q軸電流isq和轉子d軸電流im、轉子q軸電流iq;
[0020] (7)根據步驟⑴中的所述雙饋感應風力發電機的所述定子自感Ls、所述定轉子 互感1^以及步驟（6)中的所述定子d軸電流isd、所述定子q軸電流isq、所述轉子d軸電流 i?i、所述轉子q軸電流iq，來計算得到所述雙饋感應風力發電機的定子d軸磁鏈也sd、定子 q軸磁鏈itsq，其計算公式為
[0021] (8)根據步驟（6)中的所述轉子d軸電流所述轉子q軸電流L分別與所述轉 子d軸電流指令^、所述轉子q軸電流指令相減來獲得d軸誤差信號q軸誤差信號 iq，其計算公式為
[0022] (9)通過控制器來對所述d軸誤差信號ied、所述q軸誤差信號'進行閉環處理， 得到轉子電壓控制量
[0023] (10)根據上述步驟（1)中的所述定子自感Ls、所述定轉子互感k、所述定子電阻札 和所述轉子自感k，步驟（6)中的所述雙饋感應風力發電機的所述定子d軸電壓usd、所述 轉子d軸電流i#所述轉子q軸電流iq，步驟（7)中的所述定子d軸磁鏈$sd、所述定子q 軸磁鏈以及步驟（4)、（5)中的所述轉子機械角頻率cop所述轉差角頻率《2來計算得 到前饋補償值V_、V#，其計算公式為：
：： 其中，ir=l-€, / 為漏感系數；
[0024] (11)根據上述步驟⑴中的所述轉子電阻&、所述轉子自感k以及所述轉子d軸 電流指令G、所述轉子q軸電流指令&來計算獲得轉子電流指令前饋值Vf(：ni(：、Vfraq。，其計 算公式為
[0025] (12)根據上述步驟（9)中的轉子電壓控制量<、《^，步驟（10)中的所述前饋補 償值Vi、V_，以及步驟（11)中的電流指令前饋值Vfa^、VfCTq。，來計算獲得轉子電壓需求值 【二、其計算公式為：
[0026]
[0027] (13)對步驟（12)中的轉子電