CN103346718A - 电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制方法 - Google Patents

Abstract

电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制方法是关于一种变速恒频双转子永磁风力发电***在电网电压不平衡下的控制方法，除能对双转子电机输出定子平均有功、无功进行独立解耦控制外还可以分别实现以下目标：1.恒定的定子输出有功功率，即消除定子有功功率的二倍频电网频率分量。2.平衡转子电流，使得转子电流不含负序分量。3.平衡定子电流，使得三相定子绕组均衡发热。4.恒定的电磁转矩，以减轻风电***轴系的机械负担。通过对网侧变换器和转子侧变换器的协调控制，可以改善不平衡电网下双转子风力发电***的整体运行性能。

Description

电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制方法

技术领域

本发明是关于一种变速恒频双转子永磁风力发电***在电网电压不平衡下的控制方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

风能是地球上存在最为广泛的可再生能源之一，其直接来源于太阳对地球的辐射，是太阳能的一种转化形式，是目前可以为人类大量使用的，取之不尽用之不绝的绿色能源。人类利用风能的历史十分悠久，几千年来风力能一直为人们所熟知，但是利用风能产生并网的电力以代替燃烧石化原料的传统电厂却是最近几十年的事情。70年代爆发的石油危机促使缺乏石油资源的西方国家开始反思其能源政策，并相继出台了发展替代能源的政策，其中最核心的内容就是发展包括风力发电在内的可再生能源。

作为风力发电***核心的发电机及其控制***，负责整个风电***能量的转换，其运行状况及控制技术对于***性能有着重要影响，现代风力发电技术大多数采用变速恒频发电技术，可按照最大风能捕获要求实时调节风力机转速，使之运行于变化风速对应的最佳转速上，优化风力机的运行条件，提高机组的发电效率。变速恒频发电技术通过将电力电子技术、矢量变换控制技术以及微机信息处理技术引入控制，可实现与电网的柔性连接，更容易实现并网及稳定运行。目前最常用的两种变速恒频风力发电机即双馈异步发电机和直驱永磁同步发电机各自存在一些缺点，如双馈发电机功率密度低、齿轮箱要定期维护、电网故障穿越性能差，直驱永磁同步发电机既昂贵又笨重，需要采用全功率PWM变换器等，一种以双转子永磁风力发电机为核心的新型变速恒频风力发电***被提上日程，以满足现代大型风电场对于低成本高效率新型风力发电***的需求。

变速恒频双转子永磁风力发电***的***结构如图2所示，以定频双转子永磁风力发电机为核心，该发电机包含绕线式内转子与永磁外转子，取消传统的机械增速齿轮箱和并网功率变换器接口，由风力机通过转轴直接驱动电机内转子，定子绕组与电网相连，内转子绕组与电网间接有两个背靠背连接的部分功率变换器。上述措施简化了***结构，减少了维护工作量，提高***运行可靠性，同时兼具永磁电机的特点，具有较高的功率密度和效率。

随着风电机组装机容量不断提高，电压不平衡时风电机组的各种运行状态对电网的稳定性的影响以及风力发电机自身的影响受到了普遍关注和广泛研究，各国电力公司对风电机组纷纷提出了一些列要求，包括LVRT、无功控制、有功控制变化率控制、频率控制等。

对于变速恒频双转子永磁风力发电***而言，在电网电压不平衡情况下，双转子发电机励磁变换器(包括转子侧变换器和网侧变换器)无论是采用定子电压定向还是采用定子磁链定向，都是在正转同步速旋转坐标系中通过比例积分（PI）调节器对dq轴分量电流实施控制。由于PI调节器只能对直流分量实现无静差跟踪控制，当电网出现不平衡时，双转子发电机励磁变换器在正转同步速旋转坐标系中除包括正序的直流成分，还表现出强劲的两倍频电网频率负序交流成分，导致单个PI控制器无法取得准确控制效果。将使三相电流不平衡引起定、转子绕组发热；机组有功、无功波动；同时也给直流母线电容造成负担。而风电机组大都处于电源末端，环境恶劣，需要风电机组在电网电压不平衡下的情况也具备安全运行能力。因此在电网电压不平衡下，变速恒频双转子永磁风力发电***的有效控制也是当前急需要解决的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种电网电压不平衡情况下变速恒频双转子永磁风力发电***的控制方法。电网电压不平衡下，双（正、反）同步旋转坐标系下变速恒频双转子永磁发电机的励磁变换器转子侧有

四个量可以控制，因此除能对双转子电机输出定子平均有功、无功进行独立解耦控制外还可以分别实现以下目标：

1.恒定的定子输出有功功率，即消除定子有功功率的二倍频电网频率分量。

2.平衡转子电流，使得转子电流不含负序分量。

3.平衡定子电流，使得三相定子绕组均衡发热。

4.恒定的电磁转矩，以减轻风电***轴系的机械负担。

同样网侧变换器在正、反同步旋转坐标系下也有

四个量可以控制，在电网电压不平衡下，网侧变换器除了能实现直流母线电压、平均无功功率的独立解耦控制外还可以分别实现以下控制目标：

1.恒定的双转子发电***输出有功功率，即消除整个风电***总有功功率中的二倍

频分量。

2.包括双转子发电机定子和网侧变换器在内的整个风电***总输出电流平衡。

3.恒定的直流母线电压，以及减轻直流环节电容负担和对转子侧变换器的影响。

4.恒定的双转子发电***输出无功功率，即消除整个风电***总无功功率的二倍频

分量。

通过对网侧变换器和转子侧变换器的协调控制，可以改善不平衡电网下双转子风力发电***的整体运行性能。

技术方案：本发明的一种电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制装置包括双转子永磁发电机、转子侧变换器、直流电容、网侧变换器、转子侧控制环节和网侧控制环节；其中，转子侧控制环节包括转子侧控制目标模块、定子磁链检测模块、陷波器2ω₁模块、正序电流控制模块、负序电流控制模块、转子侧正序电压控制模块、转子侧负序电压控制模块、SVPWM信号发生模块；网侧控制环节包括双坐标软件锁相模块(DDSRF-PLL)、陷波器2ω₁模块、网侧控制目标模块、正序电流控制模块、负序电流控制模块、网侧正序电压控制模块、网侧负序电压控制模块、SVPWM信号发生模块。

该控制方法基于由双转子永磁发电机、转子侧变换器、直流电容、网侧变换器、转子侧控制环节和网侧控制环节组成的控制***：其中，转子侧变换器控制环节，采用双坐标软件锁相模块获取机端定子电压锁相角θ₁，将锁相角θ₁对机端定子电流I_sabc进行Clark变换，再经过正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子电流正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

将机端定子三相电压U_sabc以及机端定子电流I_sabc采样值进入定子磁链模块进行计算，磁链计算的结果同样经过正向及反向同步坐标PARK变换，最后将两者的结果进入陷波器2ω₁模块提取磁链正向同步旋转直流分量磁链

及反向同步旋转直流分量磁链

根据转子侧控制目标及转子侧变换器电流指令计算模块算出转子电流正向同步旋转坐标下的转子电流指令

和反向同步旋转坐标下的转子电流指令采用双坐标软件锁相模块获取的相角θ₁减去光码盘对内转子获取的内转角θ_r，得到转子电流变换同步旋转变换角θ₁-θ_r，对转子电流I_rabc进行正向及反向同步旋转坐标PARK变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取转子电流正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

将转子电流在正向同步旋转坐标系下的转子电流正序指令电流

与实际正向转子电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入转子侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换；将转子电流在反向同步旋转坐标系下的转子电流负序指令电流

与实际反向转子电流

进入负序电流调制模块，计算的结果进入转子侧负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换；最后将两转子电压反PARK变换的结果经加法器送入SVPWM信号模块，驱动转子侧变换器开关动作，产生所需转子电流。

所述网侧变换器控制环节采用双坐标软件锁相模块对机端定子电压锁相，获取相角θ₁和角速度ω₁，将锁相角θ₁对网侧电流I_gabc进行Clark变换，再进行正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

同理将机端定子三相电压U_sabc进行Clark变换，再进行正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子正向同步旋转直流分量电压

及反向同步旋转直流分量电压

将直流电压U_dc与直流电压指令

进行PI调节，与网侧控制目标一起进入网侧变换器电流指令计算模块，求取正向旋转坐标下的网侧电流和反向旋转坐标下的网侧电流

将网侧电流在正向同步旋转坐标系下的指令

与实际正向同步旋转坐标下网侧电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入网侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的网侧变换器电压并对其进行反PARK变换；将网侧电流在反向同步旋转坐标系下的指令与实际反向同步旋转坐标系下网侧电流进入负序电流调制模块，计算的结果再进入网侧负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的网侧变换器电压

并对其进行反PARK变换；最后将两网侧变换器反PARK变换的电压经加法器送入SVPWM信号模块，驱动网侧变换器开关动作，产生所需网侧电流。

有益效果：本发明的优点在于：在电网电压不平衡情况下，对双转子风力发电机励磁变换器（转子侧和网侧变换器）进行正反向同步坐标变换，可以对正序、负序分量进行独立控制，根据总得控制目标，对转子侧变换器和网侧变换器进行协同控制，将消除三相电压不平衡所引起定、转子绕组发热不均匀以及机组有功、无功倍频波动等影响；同时也可以根据控制目标消除直流母线电容倍频波动分量，减少电压不平衡下对其造成负担。

本发明通过综合考虑网侧变换器和转子侧变换器的协调控制能力，可以改善不平衡电网电压下双转子风电***的整体运行能力。

附图说明

图1为电压不平衡的变速恒频双转子风力发电控制方法原理框图；

图2为包含转子励磁变换器的变速恒频双转子风力发电***图；

图3为电压不平衡的变速恒频双转子风力发电控制方法结构图；

图4为双坐标软件锁相模块(DDSRF-PLL)原理框图。

具体实施方式

电压不平衡下变速恒频双转子永磁风力发电***控制方法，主要包括网侧变换器的控制和转子侧变换器的控制，其中网侧变换器控制步骤如下：

1、双转子励磁变换器转子侧在转子绕组出线端安装电流霍尔传感器（I_rabc）、在发电机定子输出端安装电压霍尔传感器（U_sabc）以及定子电流霍尔传感器（I_sabc），在励磁变换器网侧安装网侧电流霍尔传感器（I_gabc）。

2、对于网侧变换器，首先将机端电压（U_sabc）送入双坐标软件锁相模块(DDSRF-PLL)，获取机端电压正序分量的相角θ₁和角速度ω₁，再将网侧电流（I_gabc）和机端电压（U_sabc）分别进行Clark变换成两相静止坐标I_gαβ和U_gαβ,在正转同步旋转坐标变换

和反转同步旋转坐标变换正序分量在正转同步速旋转坐标中表现出直流分量、负序分量则在反转同步速旋转坐标中表现为直流分量，而正序分量在反转同步速旋转坐标以及负序分量在正转同步速旋转坐标中表现均为二倍频电网频率的交流量。所以将正反转同步旋转坐标变换的结果通过陷波器2ω₁即可以将其中二倍频分量剔除，以获取相应的正、负序直流分量

其中二阶陷波器的连续域表达式为：

$F_{\mathrm{notch}}\left(s\right)=\frac{s^2{\mathrm{\ω}}_0^2}{s^2+{2\mathrm{\ξ\ω}}_{0}s+{\mathrm{\ω}}_0^2}---\left(1\right)$

式中，ω₀＝2ω₁＝200πrad/s为截止频率；ξ为衰减系数。实际工程中考虑滤波效果和控制***的稳定性一般取ξ＝0.707；

3、将直流母线电压参考值与实际直流母线电压送入减法器，并经过PI调节器，与网侧控制目标一并送入网侧变换器电流指令计算模块，计算出网侧正序参考电流

以及网侧参考电流指令

4、将计算出网侧正序参考电流指令

与实际网侧正序电流

经过正序电流控制模块后，再进入网侧正序电压控制模块，同时将网侧负序参考电流指令

与实际网侧负序电流

经过负序电流控制制模块后，再进入网侧负序电压控制模块。将两者正、负序电压控制模块的结果分别进行反PARK变换

成α、β静止坐标系量后送入SVPWM信号模块，使其驱动网侧PWM变换器开关动作，产生所需网侧电流，完成控制目标。

对于转子侧变换器控制步骤如下：

1、先将机端电压（U_sabc）机端定子电流（I_sabc）采样后送入定子磁链检测模块，利用双同步坐标解耦软件锁相模块获取机端电压的相角θ₁再对定子磁链进行正反同步旋转坐标变换，变换后的结构一并送入陷波器2ω₁即可以将其中二倍频分量剔除，从而获取磁链相应的正、负序直流分量

2、对定子电流I_sabc、转子电流I_rabc及机端电压U_sabc分别类似定子磁链的处理过程分别求其正、负序直流分量

和

3、根据协调控制转子侧控制目标和机端正负序电压一并送入转子侧变换器电流参考计算模块，计算出转子正负序电流指令

4、将正序参考电流指令

与实际转子侧正序电流

经过正序电流控制模块后，再进入转子侧正序电压控制模块，同时将转子侧负序参考电流指令

与实际转子侧负序电流

经过负序电流控制模块后，再进入转子侧负序电压控制模块。将两者正、负序电压控制模块的结果分别进行反PARK变换

成α、β静止坐标系量后送入SVPWM信号模块，使其驱动转子侧PWM变换器开关动作，产生所需转子侧电流，以完成控制目标。

具体如下：

本发明所描述的电压不平衡下变速恒频双转子永磁风力发电机的控制方法，包括转子侧变换器的控制环节和网侧变换器控制环节。其中，转子侧变换器控制环节对机端电流I_sabc进行Clark变换，再经过正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端正向同步旋转直流分量电流及反向同步旋转直流分量电流

同理将机端定子电压U_sabc也按照机端定子电流一样的流程处理取得正向同步旋转直流分量电压

和反向同步旋转直流分量电压

根据转子侧的控制目标进入转子侧变换器电流计算模块算出转子电流正向同步旋转坐标下的电流指令

及反向同步旋转坐标下的电流指令

同时将机端三相电压U_sabc及机端三相电流I_sabc采样值进入定子磁链模块进行计算，磁链计算的结果同样经过正向同步坐标PARK变换及反向同步坐标PARK变换，最后将两者的结果进入陷波器2ω₁模块提取磁链正向同步旋转直流分量磁链

及反向同步旋转直流分量磁链

将双坐标软件锁相模块(DDSRF-PLL)获取的相角θ₁减去光码盘对内转子获取内转角θ_r，得到转子电流变换同步旋转变换角(θ₁-θ_r)，对转子电流I_rabc进行正向同步旋转坐标PARK变换和反向同步旋转坐标PARK变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取转子电流正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流将转子电流在正向同步旋转坐标系下的指令电流

与实际正向转子电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入转子侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换。同时将转子电流在反向同步旋转坐标系下的指令电流

与实际反向转子电流进入负序电流调制模块，计算的结果进入转子侧负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换。最后将两转子电压反PARK变换的结果经加法器送入SVPWM信号发生模块，驱动转子侧变换器开关动作，产生所需转子电流。

网侧PWM变换器控制环节对网侧电流I_gabc进行Clark变换，再进行正转和反转同步坐标Park，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

同理将机端定子三相电压U_sabc进行Clark变换，再进行正转和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端正向同步旋转直流分量电压

及反向同步旋转直流分量电压

根据网侧控制目标将直流电压U_dc与直流电压指令

进行PI调节，再与网侧控制目标一并进入网侧变换器电流参考计算模块，计算出正向旋转坐标系下的网侧电流

和反向旋转坐标系下的网侧电流

然后将网侧电流I_gabc在正向同步旋转坐标系下的指令

与实际正向同步旋转坐标下网侧电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入网侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的网侧变换器电压

并对其进行反PARK变换。同样将网侧电流在反向同步旋转坐标系下的指令

与实际反向同步旋转坐标系下网侧电流

进入负序电流调制模块，计算的结果再进入负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的网侧变换器电压并对其进行反PARK变换。最后将两网侧变换器反PARK变换的电压经加法器送入SVPWM信号发生模块，驱动网侧变换器开关动作，产生所需网侧电流。

电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制方法为：转子侧变换器对转子电流I_rabc、定子电流I_sabc、机端电压U_sabc进行正、反向同步旋转坐标变换，提取正向转子电流

正向定子电流

正向定子电压

和反向转子电流

反向定子电流反向定子电压

同时将机端定子电流和机端定子电压送入定子磁链检测模块计算出正反转同步旋转坐标系下的磁链

和

根据控制目标进入转子侧变换器电流计算模块计算出转子正向同步旋转坐标下电流指令

及反向同步旋转坐标下电流指令将正反转子指令电流分别与实际正反转子电流送入减法器，将其作差后的结果分别进入正负电流调节模块和转子侧正负电压调制模块，再将正负序电压调制模块的结果分别进行反PARK变换，反PARK变换后的结果经过加法器送入SVPWM信号调制模块，驱动双转子发电机转子侧变换器开关动作。双转子发电机网侧变换器对网侧电流I_gabc、机端电压U_sabc进行正、反向同步旋转坐标变换，提取正向网侧电流

正向定子电压和反向网侧电流

反向定子电压将直流环节的实际电压与设定的参考电压比较进入PI调节环节，再与网侧控制目标指令一并送入网侧变换器电流指令计算模块，计算出正转和反转同步坐标系下的网侧电流指令将网侧电流指令与实际正反转网侧电流分别送入减法器，减法器作差后结果再分别进入正负序电流调制模块和网侧正负序电压调制模块，得到网侧变换器正反同步旋转坐标下的电压指令。对网侧正负序电压调制模块的结果分别实施反PARK变换，并将其正反同步旋转坐标系下的反PARK变换的结果经加法器后送入SVPWM信号发生模块，驱动双转子发电机网侧变换器开关动作，产生所需网侧电流。

附图非限制性地公开了本发明实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步说明。

由图1可见，电网电压不平衡下，双转子永磁发电机转子励磁变换器控制***包括转子侧变换器的正负控制和网侧变换器的正负控制。其中，转子侧变换器的控制根据协调控制目标包括有功无功的控制、转子侧变换器电流指令计算模块、定子磁链检测模块、陷波器2ω₁模块、正负序电流控制模块、转子侧正负序电压控制模块及SVPWM调制信号产生环节构成，可以通过DSP微处理器及其相关***电路输出SVPWM调制信号驱动转子侧变换器；网侧变换器的控制与转子侧相似，主要包括直流电压控制模块、正负序电流控制模块，网侧正负序电压控制模块，同样用DSP信号处理器产生SVPWM调制信号驱动网侧变换器开关动作。根据转子侧变换器和网侧变换器的协调控制，从而可以增强变速恒频双转子永磁风力发电机在电网电压不平衡下的整体运行能力。

由图2可见，包含转子励磁变换器的变速恒频双转子风力发电***组成，其连接方式是转子侧变换器与双转子永磁发电机的内转子绕组连接，网侧变换器与电网连接，转子侧变换器和网侧变换器通过电容进行解耦。

由图3可见，电网电压不平衡下变速恒频双转子永磁风力发电控制方法包括：转子侧变换器和网侧变换器的控制***。其中，转子侧变换器控制包括有功无功控制模块、定子磁链检测模块、陷波器2ω₁模块、正序电流控制模块、负序电流控制模块、转子侧正序电压控制模块、转子侧负序电压控制模块、SVPWM信号模块。网侧变换器控制包括直流电压控制模块、陷波器2ω₁模块、正序电流控制模块、负序电流控制模块、网侧正序电压控制模块、网侧负序电压控制模块、SVPWM信号模块。

由图4可见，在电网电压不平衡下，需要对定子电压、定子电流、转子电流等进行PARK变换，故需对电网电压进行准确锁相。在电网电压不平衡下使用双坐标软件锁相模块(DDSRF-PLL)对机端定子电压锁相，其主要包括正序电压解耦变换模块、负序电压解耦变换模块、单同步坐标变换软件锁相模块(SSRF-PLL)，将机端电压进行正负序解耦变换后提取出正序电压后再使用单同步坐标软件锁相模块提取电网电压不平衡下机端定子正序电压的锁相角提供给转子侧和网侧控制***使用。

DDSRF-PLL的详细原理如下：它包括两个旋转坐标系：正向同步dq⁺ⁿ坐标系和反向同步dq^-m坐标系，分别以ω和-ω的角速度旋转。在不平衡电压情况下，机端电压U存在负序分量U^-m和正序分量U⁺ⁿ，在静止坐标系αβ中可以表示为：

$U_{\left(\mathrm{\α\β}\right)}=\left[\begin{array}{c}{U}_{\left(\mathrm{\α}\right)}\\ U_{\left(\mathrm{\β}\right)}\end{array}\right]=U_{\left(\mathrm{\α\β}\right)}^{+n}+U_{\left(\mathrm{\α\β}\right)}^{-m}=U^{+n}\left[\begin{array}{c}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right]+U^{-m}\left[\begin{array}{c}\cos (-\mathrm{\ωt})\\ \sin (-\mathrm{\ωt})\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中通过正向同步dq坐标系 $\left[T_{\mathrm{dq}}^{+n}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]$ 变换后，可得dq⁺ⁿ坐标系中的正序电压矢量

$U_{\mathrm{dq}}^{+n}=\left[\begin{array}{c}{U}_d^{+n}\\ U_q^{+n}\end{array}\right]=\left[T_{\mathrm{dq}}^{+n}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}}\\ U_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right]U^{+n}+\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \sin \mathrm{\θ}\′\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right]U^{-m}$

$=\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]U^{+n}+\left[\begin{array}{c}\cos (-\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (-\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]U^{-m}$ (3)

当ωt≈θ'时，存在

通过反向同步dq坐标系 $\left[T_{\mathrm{dq}}^{-m}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]$ 变换后，可得dq^-m坐标系中的负序电压矢量

$U_{\mathrm{dq}}^{-m}=\left[\begin{array}{c}{U}_d^{-m}\\ U_q^{-m}\end{array}\right]=\left[T_{\mathrm{dq}}^{-m}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}}\\ U_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right]U^{+n}+\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right]U^{-m}$

$=\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]U^{+n}+\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]U^{-m}$ (5)

当ωt≈θ'时，存在

从式(4)和式(6)可以看出，正负序dq分量存在交叉耦合的二倍频分量，为了消除二倍频分量，可以对其进行解耦，解耦原理如下：将正反向dq变换模块输出的直流分量交叉反馈给反正向dq变换模块，并与输入信号进行叠加处理。考虑电网电压存在谐波影响同步锁相的精度，引入低通高阻滤波LPF环节

$\mathrm{LPF}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{s+{\mathrm{\ω}}_f}---\left(7\right)$

其中，ω_f为低通滤波器截止频率。

对双向dq变换的输出信号进行滤波，得到正负序dq分量。对正向q轴分量采用类似单dq变换的PLL锁相原理即可实现在电网电压对称、不对称以及电压畸变情况下对正序电压相位进行准确锁相。

Claims (2)

1.一种电压不平衡下双转子永磁风力发电***的控制方法，其特征在于该控制方法基于由双转子永磁发电机、转子侧变换器、直流电容、网侧变换器、转子侧控制环节和网侧控制环节组成的控制***：其中，转子侧变换器控制环节，采用双坐标软件锁相模块获取机端定子电压锁相角θ₁，将锁相角θ₁对机端定子电流I_sabc进行Clark变换，再经过正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子电流正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

将机端定子三相电压U_sabc以及机端定子电流I_sabc采样值进入定子磁链模块进行计算，磁链计算的结果同样经过正向及反向同步坐标PARK变换，最后将两者的结果进入陷波器2ω₁模块提取磁链正向同步旋转直流分量磁链及反向同步旋转直流分量磁链

根据转子侧控制目标及转子侧变换器电流指令计算模块算出转子电流正向同步旋转坐标下的转子电流指令

和反向同步旋转坐标下的转子电流指令

采用双坐标软件锁相模块获取的相角θ₁减去光码盘对内转子获取的内转角θ_r，得到转子电流变换同步旋转变换角θ₁-θ_r，对转子电流I_rabc进行正向及反向同步旋转坐标PARK变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取转子电流正向同步旋转直流分量电流

及反向同步旋转直流分量电流

将转子电流在正向同步旋转坐标系下的转子电流正序指令电流

与实际正向转子电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入转子侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换；将转子电流在反向同步旋转坐标系下的转子电流负序指令电流

与实际反向转子电流

进入负序电流调制模块，计算的结果进入转子侧负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的转子电压

并对其进行反PARK变换；最后将两转子电压反PARK变换的结果经加法器送入SVPWM信号模块，驱动转子侧变换器开关动作，产生所需转子电流。

2.根据权利要求1所述的电压不平衡下变速恒频双转子永磁风力发电***的控制方法，其特征在于所述网侧变换器控制环节采用双坐标软件锁相模块对机端定子电压锁相，获取相角θ₁和角速度ω₁，将锁相角θ₁对网侧电流I_gabc进行Clark变换，再进行正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子正向同步旋转直流分量电流及反向同步旋转直流分量电流

同理将机端定子三相电压U_sabc进行Clark变换，再进行正转同步坐标Park变换和反转同步坐标Park变换，两者变换后的结果经陷波器2ω₁模块提取机端定子正向同步旋转直流分量电压及反向同步旋转直流分量电压

将直流电压U_dc与直流电压指令

进行PI调节，与网侧控制目标一起进入网侧变换器电流指令计算模块，求取正向旋转坐标下的网侧电流

和反向旋转坐标下的网侧电流

将网侧电流在正向同步旋转坐标系下的指令

与实际正向同步旋转坐标下网侧电流

进入正序电流调制模块，计算的结果再进入网侧正序电压调制模块得到正向同步旋转坐标下的网侧变换器电压

并对其进行反PARK变换；将网侧电流在反向同步旋转坐标系下的指令

与实际反向同步旋转坐标系下网侧电流

进入负序电流调制模块，计算的结果再进入网侧负序电压调制模块得到反向同步旋转坐标下的网侧变换器电压并对其进行反PARK变换；最后将两网侧变换器反PARK变换的电压经加法器送入SVPWM信号模块，驱动网侧变换器开关动作，产生所需网侧电流。

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