具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制方法，如图1所示，所述方法包括：

获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

在本发明的实施例中，所述DFIG发电机组的系统结构如图2所示，由齿轮箱、DFIG发电机、机侧变流器、网侧变流器、变压器和电网组成。

在本发明的实施例中，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值；

所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

在本发明的实施例中，如图3所示，利用三个电压霍尔传感器3采集电网与DFIG发电系统1组成的系统中电网侧三相电压u_gabc、DFIG定子侧三相电网相电压u_sabc；利用三相电流霍尔传感器4采集定子三相相电流i_sabc和转子三相相电流i_rabc，采集到的电压和电流信号经过坐标变换模块5得到虚拟dq坐标系下电网电压矢量U_gdq、定子电压矢量U_sdq、定子电流矢量I_sdq和转子电流矢量I_rdq；

将得到的定子电压矢量U_sdq和定子电流矢量I_sdq经过功率计算模块6得到DFIG定子侧输出的有功功率P_s和无功功率Q_s；

根据得到的电网电压矢量U_gdq和定子电压矢量U_sdq确定电网电压幅值V_g和定子电压幅值Vs，进一步通过功率参考指令值计算模块7得到DFIG机组所需发出的无功功率参考值和有功功率参考值

将得到的定子电压矢量U_sdq通过定子磁链计算模块8计算得到定子磁链ψ_sdq，同时通过转子位置检测光码盘9检测得到坐标变换相位角θ，通过转速微分器10微分得到转子转速角频率ω_r；

将得到的DFIG定子侧输出的有功功率P_s和无功功率Q_s、DFIG机组所需发出的无功功率参考值和有功功率参考值定子磁链ψ_sdq和转子转速角频率ω_r通过转子指令参考电压计算11得到转子电压参考值；

将得到的转子电压参考值经过虚拟dq旋转坐标系到两相静止坐标系变换模块12得到两相静止αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值然后将DFIG转子电压参考值作为SVPWM信号产生模块13的参考值，调制得到DFIG机侧变流器的开关信号S_a、S_b、S_c，将得到的开关信号S_a、S_b、S_c对与DFIG转子绕组连接的电压源型变换器2中的开关器件进行控制。

在本发明的实施例中，所述采集到的电压和电流信号经过坐标变换得到虚拟dq坐标系下电网电压矢量U_gdq、定子电压矢量U_sdq、定子电流矢量I_sdq和转子电流矢量I_rdq，算法表达式为：

上式中，u_gd为电网电压d轴分量，u_gq为电网电压q轴分量，u_ga为电网电压a相分量，u_gb为电网电压b相分量，u_gc为电网电压c相分量，u_sd为定子电压d轴分量，u_sq为定子电压q轴分量，u_sa为定子电压a相分量，u_sb为定子电压b相分量，u_sc为定子电压c相分量，i_sd为定子三相电流d轴分量，i_sq为定子三相电流q轴分量，i_sa为定子三相电流a相分量，i_sb为定子三相电流b相分量，i_sc为定子三相电流c相分量，i_rd为转子三相电流d轴分量，i_rq为转子三相电流q轴分量，i_ra为转子三相电流a相分量，i_rb为转子三相电流b相分量，i_rc为转子三相电流c相分量，其中，虚拟的坐标变换相位角θ＝ω₁·t，ω₁＝100πrad/s，ω₁为固定旋转角频率，t表示时间。

具体的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P_s的计算式如下：

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q_s的计算式如下：

上式中，u_sd为定子电压d轴分量，u_sq为定子电压q轴分量，i_sd为定子三相电流d轴分量，i_sq为定子三相电流q轴分量。

在本发明的实施例中，当时，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

当时，若则所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

上式中，I_p为电网电流的有功分量，I_q为电网电流的无功分量，I_sN为变流器限流值，V_sN为定子电压额定值，X_g为电网线路等效电抗，Z_g为电网线路阻抗，R_g为电网线路等效电阻，V_s为定子电压幅值，P_s为DFIG定子侧输出的有功功率，V_g为电网电压幅值，为电网的无功电流参考值；

其中，所述定子电压幅值V_s的计算式如下：

所述电网电压幅值V_g的计算式如下：

上式中，u_sd为定子电压d轴分量，u_sq为定子电压q轴分量，u_gd为电网电压d轴分量，u_gq为电网电压q轴分量。

具体的，所述定子磁链ψ_sdq的计算式如下：

上式中，U_sdq(t)为t时刻的定子电压矢量。

具体的，所述转子转速角频率ω_r的计算式如下：

上式中，θ为坐标变换相位角。

在本发明的实施例中，所述根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项，包括：

根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

根据定子磁链确定电压解耦项；

根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

具体的，所述转子电压矢量的计算式如下：

上式中，K_p为给定的比例系数，K_i为给定的积分系数，j为虚数单位，为DFIG机组所需发出的有功功率参考值，为DFIG机组所需发出的无功功率参考值，P_s为DFIG定子侧输出的有功功率，Q_s为DFIG定子侧输出的有功功率。

具体的，所述转子电压补偿量的计算式如下：

上式中，R_v为DFIG发电系统预设的虚拟电阻，I_rdq为转子电流矢量。

具体的，所述电压解耦项E_rdq的计算式如下：

上式中，R_r为转子电阻，L_m为定转子互感，ψ_sdq为定子磁链，j为虚数单位，ω_s＝ω₁-ω_r，ω_s为转差角频率，ω_r为转子转速角频率，ω₁＝100πrad/s，ω₁为固定旋转角频率，L_r为转子绕组等效自感，L_m为DFIG的定转子互感。

进一步的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

其中，所述DFIG转子电流参考矢量的计算式如下：

上式中，k灭磁系数，I_sdq为DFIG定子电流矢量；

所述谐振控制器的传递函数G_R(s)表达式如下：

上式中，k灭磁系数，K_pr和K_ir均为谐振控制器的谐振系数，ω_c为谐振控制器的带宽系数，ω₁＝100πrad/s，ω₁为固定旋转角频率，s为拉普拉斯算子。

在本发明的实施例中，所述DFIG转子电压参考值的计算式如下：

上式中，E_rdq为电压解耦项，U_sdq为定子电压矢量，V_S为定子电压幅值，为转子电压矢量，为转子电压灭磁分量。

在本发明的实施例中，所述基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制，包括：

利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值进行坐标变换，获取αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

将所述作为SVPWM模块的输入，得到所述SVPWM模块输出的转子变流器的开关管驱动信号；

利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

其中，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值的计算式如下：

上式中，为DFIG转子电压参考值的d轴分量，为DFIG转子电压参考值的q轴分量，θ为虚拟坐标变换相位角。

在本发明的实施例中，如图4所示，在电网电压在1s的时候跌落至0.6p.u.时，图中A部分为现有的控制方法仿真得到的定子侧视在功率实际输出值S_s的波形、转子电流I_r的波形、定子电流I_s的波形和电网电压U_g的波形，其中，定子侧视在功率实际输出值S_s＝P_s-jQ_s，j为虚数单位；图中B部分为本发明所提的控制方法仿真得到的定子侧视在功率实际输出值S_s的波形、转子电流I_r的波形、定子电流I_s的波形和电网电压U_g的波形，可知，转子冲击电流从3.2p.u.抑制到1.7p.u.，另外，从功率的波形中可以看出，定子磁链的暂态分量衰减速度明显加快。因此，本发明可以在低电压穿越时有效抑制冲击电流以及快速灭磁。

基于同一发明构思本发明提供了一种DFIG限流灭磁控制系统，如图5所示，所述系统包括：

获取模块，用于获取电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数；

第一确定模块，用于根据电网电压跌落时电网与DFIG发电系统的运行参数确定DFIG发电系统的输出数据；

第二确定模块，用于根据DFIG发电系统的输出数据确定DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项；

第三确定模块，用于根据DFIG转子电压补偿量、DFIG转子电压灭磁分量、转子电压矢量和电压解耦项确定DFIG转子电压参考值；

控制模块，用于基于DFIG转子电压参考值对DFIG转子变流器中的功率开关器件进行控制。

在本发明的实施例中，所述运行参数，包括：电网电压矢量、定子电压矢量、定子电流矢量和转子电流矢量，定子电压d轴分量，定子电压q轴分量，定子三相电流d轴分量，定子三相电流q轴分量，电网电流的有功分量，变流器限流值，定子电压幅值，定子电压额定值，电网线路等效电抗，电网线路等效电阻和电网的无功电流参考值。

所述输出数据，包括：DFIG定子侧输出的有功功率、DFIG定子侧输出的无功功率、DFIG机组所需发出的无功功率参考值、DFIG机组所需发出的有功功率参考值、定子磁链和转子转速角频率。

具体的，所述DFIG定子侧输出的有功功率P_s的计算式如下：

所述DFIG定子侧输出的有功功率Q_s的计算式如下：

上式中，u_sd为定子电压d轴分量，u_sq为定子电压q轴分量，i_sd为定子三相电流d轴分量，i_sq为定子三相电流q轴分量。

在本发明的实施例中，当时，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

当时，若则所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

否则，所述DFIG机组所需发出的无功功率参考值的计算式如下：

所述DFIG机组所需发出的有功功率参考值的计算式如下：

上式中，I_p为电网电流的有功分量，I_q为电网电流的无功分量，I_sN为变流器限流值，V_sN为定子电压额定值，X_g为电网线路等效电抗，Z_g为电网线路阻抗，R_g为电网线路等效电阻，V_s为定子电压幅值，P_s为DFIG定子侧输出的有功功率，V_g为电网电压幅值，为电网的无功电流参考值。

其中，所述定子磁链ψ_sdq的计算式如下：

上式中，U_sdq(t)为t时刻的定子电压矢量。

所述转子转速角频率ω_r的计算式如下：

上式中，θ为坐标变换相位角。

具体的，所述第二确定模块，包括：

第一确定单元，用于根据DFIG定子侧输出的有功功率、无功功率和DFIG机组所需发出的有功功率参考值、无功功率参考值确定转子电压矢量；

第二确定单元，用于根据转子电流矢量确定转子电压补偿量；

第三确定单元，用于根据定子磁链确定电压解耦项；

第四确定单元，用于根据转子电流矢量和定子电流矢量确定转子电压灭磁分量。

其中，所述转子电压矢量的计算式如下：

上式中，K_p为给定的比例系数，K_i为给定的积分系数，j为虚数单位，为DFIG机组所需发出的有功功率参考值，为DFIG机组所需发出的无功功率参考值，P_s为DFIG定子侧输出的有功功率，Q_s为DFIG定子侧输出的有功功率。

所述转子电压补偿量的计算式如下：

上式中，R_v为DFIG发电系统预设的虚拟电阻，I_rdq为转子电流矢量。

所述电压解耦项E_rdq的计算式如下：

上式中，R_r为转子电阻，L_m为定转子互感，ψ_sdq为定子磁链，j为虚数单位，ω_s＝ω₁-ω_r，ω_s为转差角频率，ω_r为转子转速角频率，ω₁＝100πrad/s，ω₁为固定旋转角频率，L_r为转子绕组等效自感，L_m为DFIG的定转子互感。

具体的，所述根据转子电流矢量确定转子电压灭磁分量，包括：

根据DFIG定子电流矢量计算DFIG转子电流参考矢量；

将DFIG转子电流参考矢量与DFIG转子电流矢量的差值代入谐振控制器中，得到DFIG转子电压灭磁分量。

其中，所述DFIG转子电流参考矢量的计算式如下：

上式中，k灭磁系数，I_sdq为DFIG定子电流矢量。

在本发明的实施例中，所述DFIG转子电压参考值的计算式如下：

上式中，E_rdq为电压解耦项，U_sdq为定子电压矢量，V_S为定子电压幅值，为转子电压矢量，为转子电压灭磁分量。

在本发明的实施例中，所述控制模块，包括：

获取单元，用于利用虚拟的坐标变换相位角θ对DFIG转子电压参考值进行坐标变换，获取αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值

输出单元，用于将所述作为SVPWM模块的输入，得到所述SVPWM模块输出的转子变流器的开关管驱动信号；

控制单元，用于利用所述开关管驱动信号控制所述DFIG转子变流器中的功率开关器件。

其中，所述αβ坐标系下的DFIG转子电压参考值的计算式如下：

上式中，为DFIG转子电压参考值的d轴分量，为DFIG转子电压参考值的q轴分量，θ为虚拟坐标变换相位角。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。