CN110768296B - 一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***及其控制方法，属于水力发电技术领域。本发明包括转子侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，在电网电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略；网侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作，电网电压恢复时，网侧控制器采用正常变换器工作模式；本发明抑制电网故障时过电流与过电压对机组的伤害，帮助电网恢复，提高了双馈机组的低电压穿越能力。

Description

一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***及其控制 方法

技术领域

本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***及其控制方法。

背景技术

近年来新能源发电机组并网容量的增加，为我国的节能减排事业做出了重大贡献。然而由于风力、光伏发电的间歇性，对电网的调峰和调频要求也有了提高。因此，有着削峰填谷功能的抽水蓄能电站将会在电网中发挥越来越重要的作用。

目前新型抽水蓄能机组采用的都是双馈感应电机(DFIG)，与传统同步机组相比，双馈抽水蓄能机组具有以下优势：1.增强了电网的稳定性2.提高了水泵水轮机的运行效率3.可以实现***有功功率、无功功率独立调节。

然而由于双馈电机定子侧直接与电网相连，因此电网电压跌落会对双馈机组产生很大影响。一方面，定子磁链不能突变，在电压跌落时定子磁链会产生直流分量，如果电网电压发生的是不对称跌落，定子磁链还会产生负序分量。定、转子间具有强耦合的关系，定子磁链的直流与负序分量会在转子侧感应出较高的电动势，转子绕组会产生暂态冲击电流。另一方面，由于故障期间发电机的机械转速基本不变，电磁转矩因电压跌落而减小，***中出现不平衡转矩，使得水电机组转子转速增加，增大了转差功率，致使转子侧过电流，危害转子侧变换器。一旦定、转子侧出现暂态冲击电流，还会使双馈机组电磁转矩出现剧烈震荡，对传动***造成影响。***转差功率增大后，不平衡功率会使得直流母线电压升高，危害功率变换器的稳定运行。因此，提高双馈机组的低电压穿越能力就显得尤为重要。

目前已有的双馈电机低电压穿越的方案主要是通过改进变换器的控制策略和增加硬件保护电路两方面实现的。

改进变换器控制策略的方案在不增加硬件电路的基础上，提高***的低电压穿越能力。优点是成本较低、***结构简单，但也存在控制复杂，响应速度较慢和受到功率变换器容量制约的缺点。主要应用在电网电压跌落程度较轻的情况。

增加硬件保护电路应用最广泛的是crowbar保护电路。crowbar电路在对转子侧变频器实施保护时，把旁路电阻连接到双馈电机的转子侧电路中，从而抑制故障期间的转子侧过电流，达到保护变频器的目的。故障后切除保护电路，发电***恢复至正常状态。不过crowbar电路的缺点是闭锁了转子侧变换器，使得双馈电机以异步电机方式工作，并且吸收大量无功功率，对电网电压恢复造成影响。

另一种保护电路是直流卸荷电阻电路。在***功率不平衡时，并联在直流母线端的卸荷电路将多余的能量通过电阻消耗掉，降低直流母线电压，保护变换器。但无法控制转子侧过电流，不能保护转子侧变换器，而且产热过多影响***稳定运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***，包括：电网、耦合变压器、双馈电机、网侧变换器和转子侧变换器，还包括：

检测单元，包括电网电压检测器和直流侧电压检测器，用以检测直流侧电压和电网电压；转子侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，在电网电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略；

网侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作，电网电压恢复时，网侧控制器采用正常变换器工作模式；

直流侧控制单元，包括直流侧控制器、双向DC-DC变换器和超级电容，所述直流侧控制器接收直流侧电压检测器的检测信号，直流侧电压升高时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器实现超级电容的充电，当直流侧电压恢复正常时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网。

进一步的，所述双向DC-DC变换器为非隔离式半桥结构，所述桥臂包括两个开关管，所述超级电容通过电感连接在两个开关管的中点处。

本发明另一方面提供了一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，用以控制本发明第一方面所述一种提高双馈水蓄能机组低电压穿越能力的***，包括：

S1、检测单元的直流侧电压检测器、电网电压检测器分别检测直流侧电压和网侧电压；

S2、当网侧电压跌落至第一阶段时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，同时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作；

S3、当网侧电压跌落至第二阶段时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器对超级电容进行充电；

S4、检测单元持续检测，当检测到***电压仍处于跌落状态，所述网侧控制器、转子侧控制器和直流侧控制器对跌落状态进行判断，当电压跌落状态位于第一阶段时，返回步骤S2，当电压跌落状态位于第二阶段时，返回步骤S3，当电压位于正常状态时，进行步骤S5；

S5、当网侧电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略，网侧控制器控制网侧变换器以正常工作模式工作，直流侧控制器控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网。

进一步的，S2所述定子磁链跟踪控制策略包括：

S211、根据电机定子电流和转子电流依次经两相静止坐标系和两相旋转坐标系变换后得到旋转坐标系下的定子电流和转子电流，进而得到定子磁链和转子磁链；

S212、通过所述定子磁链确定转子磁链参考值；

S213、所述转子磁链参考值与转子磁链做差后经比例环节后叠加前馈补偿量，所得数值经过坐标变换得到控制信号。

进一步的，S2所述故障工作模式包括：

S221、计算三相静止坐标系下的三相电压；

S222、将所述三相电压转换成两相旋转坐标系电压；

S223、将电网电压矢量与两相旋转坐标系的d轴分量电压定向，进而得到网侧变换器通过的有功功率和无功功率。

进一步的，所述故障工作模式中，所述网侧变换器传输无功电流，有功电流参考值设为0。

进一步的，S3所述直流侧控制器的控制信号获取方法包括：

S31、直流母线电压参考值与直流母线电压的实际值做差得到第一偏差信号；

S32、第一偏差信号经第一PI控制器得到超级电容的参考电流；

S33、超级电容的参考电流与超级电容的实际电容做差，得到第二偏差信号；

S34、第二偏差信号经过第二PI控制器得到调制波；

S35、调制波与三角波比较，得到输出信号。

进一步的，电网电压恢复至正常值值时，网侧变换器将转子侧输出的有功功率传输到电网中。

进一步的，所述网侧变换器工作在正常模式时，无功指令电流为0。

如上所述，本发明提供的一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***及其控制方法，具有如下效果：

1、本发明采用超级电容作为保护电路，超级电容与双向DC-DC变换器结合，在直流侧电压过高时，超级电容吸收能量实现双向DC-DC变换器的保护，当电压恢复时，超级电容中存储的能量以小电流的形式送至电网中，不影响电网的稳定运行。

2、本发明采用新型控制策略，当***检测到电网电压跌落时，转子侧变换器控制***切换到定子磁链跟踪控制策略，从而抑制转子侧过电流；网侧变换器切换到故障模式，向电网输送无功功率，帮助电网恢复；当网侧电压跌落严重时，依靠转子侧控制策略不能完全抑制转子侧过电流，转子侧与网侧变换器功率不平衡导致直流侧电压升高时，通过DC-DC变换器向超级电容充电，降低直流电容电压，本发明实现了DFIG在电网严重故障时的低电压穿越，在电压跌落程度不高时，可以仅通过控制策略来实现穿越过程，减小电路损耗。

3、当电网电压恢复后，超级电容储存的能量由网侧变换器输送到电网，转子侧与网侧变换器都切换到正常模式，直流侧电压由双向DC-DC变换器通过向超级电容充放电控制，确保直流侧电压平稳。

4、发明充分考虑了电网故障时的过电流与过电压对机组的损害，并对其进行抑制，帮助电网电压恢复，可靠性高，将改进变换器控制策略与硬件保护电路相结合的方式提高DFIG的低电压穿越能力。

5、本发明的通过前馈解耦的方式实现了对于转子磁链d、q轴的独立控制，通过比例控制器使转子磁链跟踪定子磁链，减小转子侧电流。

附图说明

图1为本实施例的双馈抽水蓄能机组***结构图；

图2为三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系的空间关系图；

图3为本实施例的转子侧磁链跟踪控制策略原理框图；

图4为本实施例的直流侧控制器原理框图；

图5为本实施例的双向DC-DC变换器与网侧变换器控制原理框图；

图6为本实施例的网侧变换器的结构原理图；

图7为本实施例的网侧变换器控制原理图；

图8为本实施例采用的传统转子侧变换器矢量控制测量控制原理框图；

图9为本实施例的双馈抽水蓄能机组运行流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明第一方面提供了一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***，如图1所示，包括：检测单元、电网、耦合变压器、双馈电机、网侧变换器、转子侧变换器、齿轮变速箱与水轮机；

电网一条线路通过耦合变压器直接与双馈电机定子相连，另一条线路通过耦合变压器、网侧变换器、直流母线、转子侧变换器与双馈电机转子相连，超级电容通过双向DC-DC变换器与直流侧电容相连，双馈电机通过齿轮箱与水轮机相连。

本实施例的双向DC-DC变换器为非隔离式半桥结构，所述桥臂包括两个开关管，所述超级电容通过电感连接在两个开关管的中点处。

所述检测单元，包括电网电压检测器和直流侧电压检测器，用以检测直流侧电压和电网电压；

所述电网电压检测器包括电压互感器和滤波器，将检测到的电网电压传给网侧变换器和转子侧变换器，变换器根据电压信号进行模式切换。

转子侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，在电网电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略；

网侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作，电网电压恢复时，网侧控制器采用正常变换器工作模式；

直流侧控制单元，包括直流侧控制器、双向DC-DC变换器和超级电容，所述直流侧控制器接收直流侧电压检测器的检测信号，直流侧电压升高时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器实现超级电容的充电，当直流侧电压恢复正常时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网。

本发明另一实施例提供的一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，用以控制本发明实施例所述一种提高双馈水蓄能机组低电压穿越能力的***，其基本原理为：当检测单元检测到电网电压发生跌落时，并电网电压跌落至第一阶段内，转子侧控制器采用的控制策略使得转子磁链跟踪定子磁链，抑制转子侧过电流，同时电压检测器也检测到电网电压跌落，并把信号发送到网侧控制器，网侧控制器发出控制控制信号控制网侧变换器切换到故障控制器模式，为电网提供无功功率，帮助电网电压恢复；如果电压跌落严重，即电网电压继续跌落直至第二阶段内时，转子侧电流过大，使直流母线电压升高，直流侧电压检测器会把检测到的信号发送给直流侧控制器，直流侧控制器通过控制双向DC-DC变换器来对超级电容进行充电，使多余能量进入超级电容，降低直流电容电压，保护功率变换器；在电网电压恢复至正常数值时，网侧控制器控制网侧变换器切换到正常模式，直流侧控制器会通过控制双向DC-DC来将超级电容储存的能量以小电流的形式发送到电网，不影响电网稳定运行。

具体包括如下步骤：

S1、检测单元的直流侧电压检测器、电网电压检测器分别检测直流侧电压和网侧电压；

S2、电网电压跌落时，转子侧控制器通过控制策略使得转子磁链跟踪定子磁链，抑制转子侧过电流；同时电压检测器检测到电网电压跌落，并把信号发送到网侧变换器，网侧变换器切换到故障控制器模式，为电网提供无功功率，帮助电网电压恢复。

***运行时，双馈电机定、转子磁链公式如下：

上式中，L_s为定子侧电感，L_r为转子侧电感，L_m为定、转子之间的互感值，I_s为定子侧电流，I_r为转子侧电流。由上式可得转子侧电流与定、转子磁链的关系为：

所述定子侧电感值L_s＝L_m+L_sl，转子侧电感值L_r＝L_m+L_rl，其中L_sl和L_rl分别为定子侧漏感值和转子侧的漏感值，通常其值很小，乘积可以忽略不计，因此可简化公式为：

可见转子侧电流与定、转子磁链之间的差值成正比，在***正常运行时，二者之间差值固定，转子侧电流也是一个定值。在电网出现跌落故障时，定子磁链产生直流分量，甚至是负序分量，定、转子磁链差值增大，从而产生转子侧过电流。

为了抑制所述转子侧过电流，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，同时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作；

本实施例S2所述定子磁链跟踪控制策略如图3所示，具体包括：

S211、通过坐标变换，把三相静止坐标系下的数学模型转换成旋转坐标系下的数学模型，可以对DFIG***模型进行简化。常用的坐标变换中坐标系有：三相静止坐标系(abc)，两相静止坐标系(αβ)，两相旋转坐标系(dq)等。如图2所示是三种坐标系的空间关系。dq同步旋转坐标系的坐标轴以同步转速ω₁旋转，旋转坐标系的d轴与两相静止坐标系下的α轴之间相差θ₁角。如图所示，本实施例的电机定子电流和转子电流依次经过两相静止坐标系和两相旋转坐标系变换后得到旋转坐标系下的定子电流和转子电流，进而得到定子磁链和转子磁链；

其坐标系转换过程为：

在dq同步转速坐标系下的定、转子电压计算公式为：

在dq轴以转子转速旋转的坐标系下，上述公式可以简化为：

式(7)中上标的r表示两相坐标系以转子转速旋转，下标的r表示转子侧的变量，

为转子电流，

为转子磁链的矢量形式。忽略转子侧电阻，将其进行简化为：

可见转子侧电压与转子磁链变化率成正比，如果转子磁链变化过快，转子侧电压会快速升高。由于转子侧变换器耐压较低，可能会发生损坏。因此，本发明转子侧的控制策略是转子磁链跟踪部分定子磁链抑制转子侧过电流。

通过上述方法计算定、转子在dq坐标系下的电流分量和定、转子的自感与互感值就可以得出定、转子磁链的大小为：

S212、通过所述定子磁链确定转子磁链参考值；

由于要让转子磁链跟踪部分定子磁链变化，因此转子磁链的参考值可以表示为：

其中，k_t为磁链跟踪系数，范围在0～1，k_t越接近1，即转子磁链的参考值越接近定子磁链的值。如果控制转子磁链很接近参考值，则由式(8)，可以推出：

可见在dq转子旋转坐标系下，转子侧电压与磁链跟踪系数k_t成正比，如果k_t较大，则转子侧电压较高，令转子磁链只跟踪部分定子磁链可降低转子侧输出电压，有助于保护转子侧变换器。

将式(10)代入式(3)中，可以得出：

通过上述式子可见，转子侧电流的幅值与1-k_t成正比，因此，k_t越大，转子侧输出电流越小，这与转子磁链跟踪定子磁链，抑制变流器输出过电流这一原理匹配。

经过上述分析，定子磁链跟踪系数k_t太大或者太小都对变频器有危害，因此确定转子磁链参考值的关键在于确定k_t的值。

由于电网电压跌落，定子侧感应出直流分量和负序分量的磁链，虽然磁链不能突变，但是会随着时间衰减，因此在电网电压跌落瞬间，定子磁链的值最大。此时，定子磁链可表示为：

由式(13)可知，定子磁链最大时，转子侧输出电流最大，因此在电网跌落瞬间，转子侧输出最大电流，为保护变频器，该电流应不高于转子变换器能承受的最大电流，即：

式中，i_r-max为转子侧变流器最大允许电流。将式(14)代入式(15)，并化简可得：

由上式可知定子磁链跟踪系数存在最小值，最小值为：

为了提高控制***响应速度，并减小转子侧电流，并留出一定裕量，k_t一般取最小值的1.2到1.5倍。

本实施例的磁链跟踪控制策略适用于电网电压恢复的过程中，在这个过程中定子磁链也会感应出直流与负序分量，转子侧会产生过电流，由于该过程定子磁链随时间增加，因此该过程k_t的取值应比电网故障时更大通常为最小值的1.5倍以上。

S213、所述转子磁链参考值与转子磁链做差后经比例环节后叠加前馈补偿量，所得数值经过坐标变换得到控制信号。

转子磁链控制是指通过控制策略实现转子磁链跟踪部分定子磁链，抑制转子侧过电流的方法。通过式(1)可以得出在dq旋转坐标系下转子电流I_r与定、转子矢量的关系为：

将上式代入式(1、6)可以得到转子磁链与电压的关系为：

式中ω_slip为旋转坐标系的转速与转子转速的差值，可见上述方程具有耦合项，为了实现dq坐标系下的独立控制，本发明采用前馈解耦的策略，将上述公式进行移项，有：

由于定子磁链在电网电压跌落时会产生直流、负序分量，而转子磁链要跟踪定子磁链，因此不仅会有交流分量，还有直流和负序分量，这种情况下，采用PI控制器控制会比较困难。本发明采用P控制器，由于转子磁链不是要跟踪定子磁链在某一精度上，因此允许一定的稳态误差。

由公式(26)确定转子磁链控制策略模型的公式如下：

u_rdc、u_rqc为转子侧电压在d、q坐标系下的前馈补偿量，公式如下：

经过前馈解耦，耦合项以补偿的形式出现，控制***模型可简化为：

所述电压检测器检测到电网电压跌落，网侧控制器接收到电网电压跌落信号，使网侧变换器工作在故障工作模式下；

如图5所示，为双向DC-DC与网侧变换器配合工作的原理图。在电网电压跌落后，网侧变换器切换到故障变换器模式。此时网侧变流器将全部容量用于控制无功功率。为了电网电压恢复，双馈机组需要向电网发出无功电流。网侧变换器负责传输无功电流，并将有功电流参考值设为0。

S221、计算三相静止坐标系下的三相电压，所述网侧变频器的结构如图6所示，由图可以得出在三相静止坐标系中，网侧变频器的计算公式如下：

式中，R_l为传输线上的电阻，L_l为传输线上的电感。

S222、将三相静止坐标系下的电压公式转换成两相旋转坐标系下，为：

S223、为简化数学模型，将电网电压矢量u_s与两相旋转坐标系的d轴定向，因此，网侧变频器的电压可以表示为：

网侧变流器向电网输出的有功功率和无功功率可以表示为：

在功率以向电网输出为正的正方向规定下，式(27)中P小于0，表示网侧变换器工作在整流状态，从电网吸收能量；P大于0，表示网侧变换器工作在逆变状态，向电网输送能量。而Q大于0，表示网侧变换器为容性；Q小于0，表示网侧变换器为感性。

由于超级电容与直流母线电压相互影响，相互作用，因此会造成直流侧控制响应速度慢。因此，本发明将会引起直流侧电压波动的转子变换器输出的有功功率通过网侧变换器输送到电网，减小直流侧电压波动，加快***响应速度，提高***稳定性。转子侧变换器流过的有功功率P_r为：

P_r＝u_rai_ra+u_rbi_rb+u_rci_rc (28)

令网侧变换器有功功率补偿项P_g1与转子变换器有功功率相等，即：

P_g1＝P_r (29)

在***正常运行时，网侧变换器无功电流参考值设为0，在电网电压跌落后，网侧变换器切换到故障模式，全部容量向电网输送无功功率，有功电流输出为0。根据上述设计思想，得到如图7所示的网侧变换器控制框图。

S3、当网侧电压跌落至第二阶段时，此时电网电压严重跌落，依靠转子侧控制策略不能完全抑制转子侧过电流时，***的定、转子侧变频器将出现不平衡功率，多余能量将会在直流电容上堆积，此时，直流侧控制器输出控制信号控制开关管的通断用以改变双向DC-DC变换器对的工作模式，通过控制双向DC-DC给超级电容充电可降低直流侧电压，从而达到对直流母线升、降压的目的；

如图4所述，为本实施例所述的双向DC-DC变换器的控制框图，具体控制过程包括：

S31、直流母线电压参考值与直流母线电压的实际值做差得到第一偏差信号；

S32、第一偏差信号经第一PI控制器得到超级电容的参考电流；

S33、超级电容的参考电流与超级电容的实际电容做差，得到第二偏差信号；

S34、第二偏差信号经过第二PI控制器得到调制波；

S35、调制波与三角波比较，得到输出信号。

所述电网电压跌落的第一阶段是指依靠转子侧控制策略实现抑制转子侧过电流；所述电网电压跌落的第二阶段是指，依靠转子侧控制策略不能完全抑制转子侧过电流的情况。

S4、检测单元持续检测，当检测到***电压仍处于跌落状态，所述网侧控制器、转子侧控制器和直流侧控制器对跌落状态进行判断，当电压跌落状态位于第一阶段时，返回步骤S2，当电压跌落状态位于第二阶段时，返回步骤S3，当电压位于正常状态时，进行步骤S5。

S5、当网侧电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略，网侧控制器控制网侧变换器以正常工作模式工作，网侧变换器将转子侧输出的有功功率传输到电网中，不与电网进行无功功率交换，因此无功指令电流为0；直流侧控制器控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网。

双馈抽水蓄能机组正常并网运行时，网侧变换器一般运行在单位功率因数状态，即机组与电网的无功功率交换为0，在发电工况下，网侧变换器向电网输送的有功功率可以表示为：

P_dc2＝u_d*i_d (30)

转子侧变换器输出有功功率为：

P_dc1＝u_dc*i_dc (31)

在电网正常运行时，***处于稳定状态，则有：

P_dc1＝P_dc2＝u_d*i_d (32)

当电网电压发生故障时，电压由u_d跌落为u'_d，此时发电机发出的有功功率未发生改变，网侧变流器将会通过调节电压、电流来实现功率平衡，网侧变流器的电流将会变为i'_d，此时根据功率平衡可得：

P_dc2＝u_d*i_d＝u'_d*i'_d (33)

由于变流器容量较小，可通过电流有限，为了保护变流器，会采取一些限流措施。因此可以得出：

P_dc2＝u'_d*i'_d≤u_d*i_d (34)

P_dc1＝P_dc2+ΔP＝u'_d*i'_d+ΔP (35)

不平衡功率将会在直流母线上堆积，对直流侧电容进行充电，直流侧电压升高，危害变频器的安全，通过控制双向DC-DC变换器开关管的通断将能量传输给超级电容，实现降低直流电容电压的目的。

在电网正常运行时，网侧变换器可以通过有功功率控制环控制超级电容电压，当电网出现故障后，网侧变换器切换到故障模式，对无功功率进行控制，将0设为有功电流参考值，由电压跌落程度判定输出的无功电流，帮助电网电压恢复。

因此可以得出，在正常模式下，网侧变换器在两相旋转坐标系下电流的dq轴指令值分量分别为：

而在故障模式下，网侧变换器在两相旋转坐标系下电流的dq轴指令值分量分别为：

式中，Q_ref的值为网侧变换器的全部容量值。

网侧变换器电压在两相dq旋转坐标系下的指令值经过坐标变换得到的三相静止坐标系电压指令值为U*_gabc，利用U*_gabc经过SVPWM环节得到的信号来控制网侧变换器。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，用以控制一种提高双馈水蓄能机组低电压穿越能力的***，其特征在于：

所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***，包括：电网、耦合变压器、双馈电机、网侧变换器和转子侧变换器，还包括：

检测单元，包括电网电压检测器和直流侧电压检测器，用以检测直流侧电压和电网电压；

转子侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，在电网电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略；

网侧控制器，接收电网电压检测器的检测信号，在电网电压跌落时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作，电网电压恢复时，网侧控制器采用正常变换器工作模式；

直流侧控制单元，包括直流侧控制器、双向DC-DC变换器和超级电容，所述直流侧控制器接收直流侧电压检测器的检测信号，直流侧电压升高时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器实现超级电容的充电，当直流侧电压恢复正常时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网；

所述双向DC-DC变换器为非隔离式半桥结构，桥臂包括两个开关管，所述超级电容通过电感连接在两个开关管的中点处；

所述提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，包括：

S1、检测单元的直流侧电压检测器、电网电压检测器分别检测直流侧电压和网侧电压；

S2、当网侧电压跌落至第一阶段时，转子侧控制器采用定子磁链跟踪控制策略，同时，网侧控制器控制网侧变换器以故障变换器工作模式工作，所述电网电压跌落的第一阶段是指依靠转子侧控制策略实现抑制转子侧过电流；

S3、当网侧电压跌落至第二阶段时，直流侧控制器输出控制信号控制双向DC-DC变换器对超级电容进行充电，所述电网电压跌落的第二阶段是指，依靠转子侧控制策略不能完全抑制转子侧过电流的情况；

S4、检测单元持续检测，当检测到***电压仍处于跌落状态，所述网侧控制器、转子侧控制器和直流侧控制器对跌落状态进行判断，当电压跌落状态位于第一阶段时，返回步骤S2，当电压跌落状态位于第二阶段时，返回步骤S3，当电压位于正常状态时，进行步骤S5；

S5、当网侧电压恢复时，转子侧控制器采用矢量控制策略，网侧控制器控制网侧变换器以正常工作模式工作，直流侧控制器控制双向DC-DC变换器将超级电容存储的能量以小电流的形式发送到电网。

2.根据权利要求1所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：S2所述定子磁链跟踪控制策略包括：

S211、根据电机定子电流和转子电流依次经两相静止坐标系和两相旋转坐标系变换后得到旋转坐标系下的定子电流和转子电流，进而得到定子磁链和转子磁链；

S212、通过所述定子磁链确定转子磁链参考值；

S213、所述转子磁链参考值与转子磁链做差后经比例环节后叠加前馈补偿量，所得数值经过坐标变换得到控制信号。

3.根据权利要求1所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：S2所述故障变换器 工作模式包括：

S221、计算三相静止坐标系下的三相电压；

S222、将所述三相电压转换成两相旋转坐标系电压；

S223、将电网电压矢量与两相旋转坐标系的d轴分量电压定向，进而得到网侧变换器通过的有功功率和无功功率。

4.根据权利要求3所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：所述故障变换器 工作模式中，所述网侧变换器传输无功电流，有功电流参考值设为0。

5.根据权利要求1所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：S3所述直流侧控制器的控制信号获取方法包括：

S31、直流母线电压参考值与直流母线电压的实际值做差得到第一偏差信号；

S32、第一偏差信号经第一PI控制器得到超级电容的参考电流；

S33、超级电容的参考电流与超级电容的实际电容做差，得到第二偏差信号；

S34、第二偏差信号经过第二PI控制器得到调制波；

S35、调制波与三角波比较，得到输出信号。

6.根据权利要求1所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：电网电压恢复至正常值时，网侧变换器将转子侧输出的有功功率传输到电网中。

7.根据权利要求6所述一种提高双馈抽水蓄能机组低电压穿越能力的***的控制方法，其特征在于：所述网侧变换器工作在正常模式时，无功指令电流为0。

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