不平衡电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统抑制总输出无功功率波动的方法

摘要

本发明公开了一种不平衡电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统抑制总输出无功功率波动的方法，本方法涉及对串并联网侧变换器以及电机侧变换器的控制，通过特定的方法产生串并联网侧变换器PWM驱动信号以控制串并联网侧变换器，在电网电压不平衡下采用串联网侧变换器的双馈感应发电机不改变转子侧变换器的控制策略，在实现发电机输出功率无二倍频波动、电磁转矩无二倍频波动以及定、转子三相电流平衡的情况下，通过对串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制，实现整个系统总输出无功功率无二倍频波动，提高在电网电压不平衡电压下DFIG风电系统对电网提供无功功率质量。

说明书

技术领域

本发明涉及采用串联网侧变换器的双馈感应风力发电系统技术改进，特别是涉及不平衡 电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风力发电系统抑制总输出无功功率波动的控制方法， 属于电力控制技术领域。

背景技术

双馈感应发电机(doubly fed induction generator，DFIG)定子直接与电网相连，若不采取合 适的控制措施，则很小的定子电压不平衡就将使得定子和转子电流出现较大不平衡，造成发 电机的电磁转矩和并网功率产生大幅度波动，而电机定、转子绕组长期处于不对称运行状态 亦将带来不均衡发热和绕组绝缘等问题。而电网电压不平衡下造成DFIG定、转子电流不对 称、输出功率和电磁转矩波动的根本原因在于电机定子负序电压的存在，如果能够消除DFIG 定子的负序电压分量，则有望从根本上解决电网电压不平衡对DFIG运行的影响，实现不平 衡电压下DFIG的稳定运行。另一方面，随着以双馈感应风力发电系统为主的风电并网容量 的增加，新的电网运行导则对大容量风电系统也明确提出了并网无功功率运行要求，即在某 些电网故障运行场合要求大容量风电系统向电网提供稳定的无功功率支持以满足电网电压要 求。目前，针对电网电压不平衡下DFIG系统的运行行为与控制策略已有一些解决方法，如 已公开的下列文献：

(1)胡家兵，贺益康，王宏胜，等，不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变 换器的协同控制。中国电机工程学报，2010，30(9)：97-104。

(2)廖勇，李辉，姚骏，等，采用串联网侧变换器的双馈风电机组低电压过渡控制策略。 中国电机工程学报，2009，29(27)：90-98。

(3)李辉，廖勇，姚骏，等，不平衡电网电压下基于串联网侧变换器的DFIG控制策略。 电力系统自动化，2010，34(3)：96-100，106。

文献(1)通过协调控制转子侧变换器(rotor-side converter，RSC)和并联网侧变换器(parallel  grid-side converter，PGSC)来实现不平衡电压下或整个系统输出有功功率无波动或输出无功功 率无波动或输出电流平衡，为改善不平衡条件下DFIG系统运行性能提供了有益的处理措施。 然而上述方案由于受DFIG系统控制变量的限制，其无法同时实现电机定、转子电流平衡、 输出功率和电磁转矩无波动等运行目标，使得不平衡电压下DFIG的增强运行能力受到限制。

文献(2)深入研究了该系统的低电压穿越运行控制方法，实现基于串联网侧变换器(series  grid-side converter，SGSC)的DFIG系统零电压故障穿越运行。而该系统中可通过控制SGSC 向发电机定子回路中注入串联电压的特性也为解决不平衡电压下DFIG系统的运行控制问题 奠定了良好基础。

文献(3)提出的控制不改变不平衡电压下RSC的控制策略，在实现DFIG定、转子三相 电流对称、电机功率和电磁转矩无二倍频波动的基础上，成功实现了DFIG系统直流母线电 压及系统总输出有功功率无二倍频波动，为电网电压不平衡下该系统的运行控制提供了新的 解决方案。但该文献主要是针对采用SGSC的DFIG系统抑制总输出有功功率二倍频波动的 控制方案，而尚未对电网电压不平衡下该系统总输出无功控制提出可行方案。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提出一种电网电压不平衡下采用串联网 侧变换器的双馈感应风电系统抑制总输出无功功率波动的方法，使系统总输出无功功率波动 程度大大减小。

本发明的技术方案是这样实现的：

不平衡电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统抑制总输出无功功率波动的方 法，本方法涉及对串联网侧变换器的控制、并联网侧变换器的控制以及电机侧变换器的控制， 其特征在于，所述串联网侧变换器的控制步骤为：

A1)采集电网三相电压信号u_ga，u_gb，u_gc；

A2)采集双馈感应发电机定子三相电压信号u_sa，u_sb，u_sc；

A3)将采集的电网三相电压信号u_ga，u_gb，u_gc经静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐标 轴系恒功率变换得到αβ轴系下的电压e_α，e_β；其中，静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐 标轴系恒功率变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ga}}\\ u_{\mathrm{gb}}\\ u_{\mathrm{gc}}\end{array}\right)$

采用电网电压定向得到电网电压e_gd和电网电角度θ_g，其计算式为：

$e_{\mathrm{gd}}=\sqrt{e_{\alpha }^2+e_{\beta }^2},$

A4)将步骤A3得到的e_α，e_β经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{gq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)$

A5)将步骤A3得到的e_α，e_β经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在反向同步旋转坐标系下dq轴分量和 其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)$

A6)将采集的双馈感应发电机定子三相电压信号u_sa，u_sb，u_sc经静止三相abc坐标系到静 止两相αβ坐标轴系恒功率变换得到αβ轴系下的电压e_sα，e_sβ；其中，静止三相abc坐标系变 换到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sa}}\\ u_{\mathrm{sb}}\\ u_{\mathrm{sc}}\end{array}\right)$

A7)将步骤A6得到的e_sα，e_sβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{sq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

A8)将步骤A6得到的e_sα，e_sβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在反向同步旋转坐标系下dq轴分量和 其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{sq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

A9)在电网电压不平衡情况下，串联网侧变换器通过采取电压闭环控制来实现定子电压补 偿控制，在双同步角速度旋转坐标系下串联网侧变换器的正负序电压控制方程分别如下：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}+}^{+}=(K_{p1}+K_{i1}/s)(u_{\mathrm{gd}+}^{+}-u_{\mathrm{sd}+}^{+})\\ u_{\mathrm{seriesq}+}^{+}=(K_{p1}+K_{i1}/s)(u_{\mathrm{gq}+}^{+}-u_{\mathrm{sq}+}^{+})\\ u_{\mathrm{seriesd}-}^{-}=(K_{p2}+K_{i2}/s)(0-u_{\mathrm{sd}-}^{-})\\ u_{\mathrm{seriesq}-}^{-}=(K_{p2}+K_{i2}/s)(0-u_{\mathrm{sq}-}^{-})\end{array}\right)$

其中，K_p1和K_i1分别为正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p2和K_i2分别为负序 电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p1＜0，K_p2＜0。

A10)将步骤A9所得到的串联网侧变换器正序控制电压经正向同步 角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下正序控 制电压其中：正向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的 恒功率变换为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{series\alpha }+}^{+}\\ u_{\mathrm{series\beta }+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& -\sin \left({\theta }_g\right)\\ \sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{seriesq}+}^{+}\end{array}\right)$

A11)将步骤A9所得到的串联网侧变换器负序控制电压经反向同步 角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下负序控 制电压其中：反向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的 恒功率变换为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{series\alpha }-}^{-}\\ u_{\mathrm{series\beta }-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& -\sin (-{\theta }_g)\\ \sin \left({-\theta }_g\right)& \cos (-{\theta }_g)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{seriesq}-}^{-}\end{array}\right)$

A12)将步骤A10和A11所得到的串联网侧变换器正负序控制电压和直流侧电压U_dc通过空间矢量调制产生串联网侧变换器PWM驱动信 号。

所述并联网侧变换器的控制步骤为：

B1)采集双馈感应发电机定子三相电流信号i_sa，i_sb，i_sc；

B2)采集并联网侧变换器的三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc；

B3)采集直流链电压信号U_dc；

B4)将采集得到的并联网侧变换器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到静止 两相αβ坐标轴系恒功率变换得到αβ轴系下的电流i_gα，i_gβ；其中，静止abc三相坐标系到静 止两相αβ坐标轴系恒功率变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ga}}\\ i_{\mathrm{gb}}\\ i_{\mathrm{gc}}\end{array}\right)$

B5)将步骤B4得到的i_gα，i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在正向同步旋转坐标系下dq轴分量和 其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ i_{\mathrm{gq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)$

B6)将步骤B4得到的i_gα，i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在反向同步旋转坐标系下dq轴分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ i_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)$

B70将采集得到的定子三相电流信号i_sa，i_sb，i_sc经静止abc三相坐标系到静止两相αβ坐 标轴系恒功率变换得到αβ轴系下的电流i_sα，i_sβ；其中，静止abc三相坐标系到静止两相αβ 坐标轴系恒功率变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sa}}\\ i_{\mathrm{sb}}\\ i_{\mathrm{sc}}\end{array}\right)$

B8)将步骤B7得到的i_sα，i_sβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在正向同步旋转坐标系下dq轴分量和 其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sd}+}^{+}\\ i_{\mathrm{sq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

B9)将步骤B7得到的i_sα，i_sβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系的变 换后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在反向同步旋转坐标系下dq轴分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sd}-}^{-}\\ i_{\mathrm{sq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

B10)并联网侧变换器的直流母线电压调节采用PI调节器控制，其调节器输出和直流母线 电压给定值构成直流母线电压平均有功功率给定值，即：

$P_{g\_\mathrm{av}}^{*}=(K_{\mathrm{pu}}+K_{\mathrm{iu}}/s)(U_{\mathrm{dc}}^{*}-U_{\mathrm{dc}})·U_{\mathrm{dc}}^{*}$

其中：表示并联网侧变换器维持直流母线电压稳定所需的平均有功功率指令，为直流 母线电压给定值，K_pu和K_iu分别为直流母线电压调节器比例系数和积分系数；

B11)并联网侧变换器采用正序电网电压定向于d轴，则此时，抑制系统总输出 无功功率脉动的系统正、负序电流给定值为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}+}^{+*}\\ i_{\mathrm{gq}+}^{+*}\\ i_{\mathrm{gd}-}^{-*}\\ i_{\mathrm{gq}-}^{-*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}-\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ -\frac{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ -\frac{k_1·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{k_2·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}-\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ \frac{k_3·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{k_1·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\end{array}\right)$

其中：

$u_{g+}^{+}=u_{\mathrm{gd}+}^{+}$

${\left(u_{g-}^{-}\right)}^2={\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2+{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2$

$Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}=0$

$Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}=-u_{\mathrm{gq}-}^{-}·i_{\mathrm{sd}+}^{+}+u_{\mathrm{gd}-}^{-}·i_{\mathrm{sq}+}^{+}$

$Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}=u_{\mathrm{gd}-}^{-}·i_{\mathrm{sd}+}^{+}+u_{\mathrm{gq}-}^{-}·i_{\mathrm{sq}+}^{+}$

$k_1=-{2u}_{\mathrm{gd}+}^{+}·u_{\mathrm{gd}-}^{-}·u_{\mathrm{gq}-}^{-}$

$k_2={\left(u_{\mathrm{gd}+}^{+}\right)}^3-u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2+u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2$

$k_3=-({\left(u_{\mathrm{gd}+}^{+}\right)}^3-{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2+u}_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2)$

B12)在不平衡电网电压下，对并联网侧变换器采用双同步旋转坐标轴系下的网侧电流控 制，采用电网正序电压定向方式，不平衡电网电压下并联网侧变换器在双同步旋转坐标轴系 中的正负序控制电压方程为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{d+}^{+}=-(K_{p2+}+K_{i2+}/s)(i_{\mathrm{gd}+}^{+*}-i_{\mathrm{gd}+}^{+})+{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gq}+}^{+}+u_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{q+}^{+}=-(K_{p2+}+K_{i2+}/s)(i_{\mathrm{gq}+}^{+*}-i_{\mathrm{gq}+}^{+})-{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{d-}^{-}=-(K_{p2-}+K_{i2-}/s)(i_{\mathrm{gd}-}^{-*}-i_{\mathrm{gd}-}^{-})-{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gq}-}^{-}+u_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ u_{q-}^{-}=-(K_{p2-}+K_{i2-}/s)(i_{\mathrm{gq}-}^{-*}-i_{\mathrm{gq}-}^{-})+{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gd}-}^{-}+u_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)$

其中：K_p2+和K_i2+分别为正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p2-和K_i2-分别为负 序电压PI调节器的比例系数和积分系数，ω为同步电角速度，L_g为并联网侧变换器进线电抗 器电感；

B13)将步骤B12所得到的正序控制电压经正向同步角速度旋转坐标系到静止两 相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下正序控制电压其中： 正向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\alpha +}^{+}\\ u_{\beta +}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& -\sin \left({\theta }_g\right)\\ \sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{d+}^{+}\\ u_{q+}^{+}\end{array}\right)$

B14)将步骤B12所得到的负序控制电压经反向同步角速度旋转坐标系到静止 两相αβ坐标轴系的恒功率变换得到静止两相αβ坐标轴系下负序控制电压其中： 反向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\alpha -}^{-}\\ u_{\beta -}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& -\sin \left({-\theta }_g\right)\\ \sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{d-}^{-}\\ u_{q-}^{-}\end{array}\right)$

B15)将步骤B13、B14所得到的正负序控制电压和直流侧电压 U_dc通过空间矢量调制产生并联网侧变换器PWM驱动信号。

本发明的有益效果是：

在电网电压不平衡下实现了采用串联网侧变换器的双馈风力发电系统定、转子三相电流 对称、电机功率和电磁转矩无二倍频波动的控制目标，同时整个系统可向电网提供稳定无波 动的无功功率支撑。采用传统控制方法时，系统总输出无功功率存在较大程度的二倍频波动， 而采用本发明所述方法后，系统总输出无功功率波动程度大大减小。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为串联网侧变换器正负序电压控制框图。

图3为直流链电压控制框图。

图4为电网电压不平衡下采用传统控制方法的系统仿真波形图。

图5为电网电压不平衡下采用本发明控制方法的系统仿真波形图。

图4和图5中分别为双馈感应发电机定子三相电流(a)、串联变压器电压(b)、系统总输出 无功功率(c)、直流链电压(d)、并联网侧变换器负序电流q轴分量给定及反馈(e)、并联网侧变 换器负序电流d轴分量给定及反馈(f)、整个系统总电流(g)、双馈感应发电机电磁转矩(h)、 双馈感应发电机转子三相电流(i)、发电机输出、并联网侧变换器输出以及系统总输出有功功 率(j)、并联网侧变换器输出无功功率(k)、并联网侧变换器正序电流d、q轴分量给定及反馈 (l)、电网和定子正序电压d轴分量(m)、电网和定子正序电压q轴分量(n)、发电机输出无功功 率(o)、电网和定子负序电压d轴分量(p)、电网和定子负序电压q轴分量(q)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方案作详细描述。

如图1所示，本发明一种不平衡电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统抑制总 输出无功功率波动的方法，它包括的控制对象有：直流链电容1，电机侧变换器2，并联网侧 变换器3，空间矢量脉宽调制模块4，双馈感应风力发电机5，串联网侧变换器6，升压变压 器7，电流霍尔传感器8，电压霍尔传感器9，并联网侧变换器电流指令给定值计算模块10， 正序电压控制模块11，负序电压控制模块12，陷波器13，正向同步角速度旋转坐标系到静 止两相αβ坐标轴系的恒功率变换14，反向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的 恒功率变换15，静止abc三相坐标系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换16，静止两相αβ坐 标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的恒功率变换17，静止两相αβ坐标轴系到反向同步角 速度旋转坐标系的恒功率变换18。

本发明不平衡电压下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统抑制总输出无功功率波动 的方法，其具体实施步骤如下：

(A)串联网侧变换器控制步骤：

A1)首先利用电压霍尔传感器9采集电网三相电压信号u_ga，u_gb，u_gc；

A2)利用电压霍尔传感器9采集双馈感应发电机定子三相电压信号u_sa，u_sb，u_sc；

A3)利用采集的三相电网电压信号u_ga，u_gb，u_gc经静止三相abc坐标系到静止两相αβ坐 标轴系恒功率变换模块16得到静止两相αβ轴系下的电压e_α，e_β。其中，静止三相abc坐标 系变换到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16为：

$\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ga}}\\ u_{\mathrm{gb}}\\ u_{\mathrm{gc}}\end{array}\right)$

采用电网电压定向得到电网电压e_gd和电网电角度θ_g，其计算式为：

$e_{\mathrm{gd}}=\sqrt{e_{\alpha }^2+e_{\beta }^2},$${\theta }_g=\mathrm{arc}\tan \frac{e_{\beta }}{e_{\alpha }}$

A4)将步骤A3得到的e_α，e_β经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系恒功 率变换模块17后，再经过2ω陷波器13滤波后得到电网电压在正向同步旋转坐标系下dq轴 分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系恒功率变换模块 17为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{gq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)$

A5)将步骤A3得到的e_α，e_β经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系恒功 率变换模块18后，再经过2ω陷波器13滤波后得到电网电压在反向同步旋转坐标系下dq轴 分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系恒功率变换模块18 为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right)$

A6)利用采集的双馈感应发电机定子三相电压信号u_sa，u_sb，u_sc经静止三相abc坐标系到 静止两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16得到αβ轴系下的电压e_sα，e_sβ，其中，静止三相abc 坐标系变换到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16为：

$\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sa}}\\ u_{\mathrm{sb}}\\ u_{\mathrm{sc}}\end{array}\right)$

A7)将步骤A6得到的e_sα，e_sβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换模块17后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在正向同步旋转坐标系下dq轴分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换模块17为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{sq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

A8)将步骤A6得到的e_sα，e_sβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换 模块18后，再经过2ω陷波器滤波后得到电网电压在反向同步旋转坐标系下dq轴分量和 其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换模块18为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{sd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{sq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{s\alpha }}\\ e_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

A9)在电网电压不平衡情况下，通过采取电压闭环控制来实现定子电压补偿控制，参见图 2，在双同步旋转轴系下SGSC的正、负序电压控制方程分别如下：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}+}^{+}=(K_{p1}+K_{i1}/s)(u_{\mathrm{gd}+}^{+}-u_{\mathrm{sd}+}^{+})\\ u_{\mathrm{seriesq}+}^{+}=(K_{p1}+K_{i1}/s)(u_{\mathrm{gq}+}^{+}-u_{\mathrm{sq}+}^{+})\\ u_{\mathrm{seriesd}-}^{-}=(K_{p2}+K_{i2}/s)(0-u_{\mathrm{sd}-}^{-})\\ u_{\mathrm{seriesq}-}^{-}=(K_{p2}+K_{i2}/s)(0-u_{\mathrm{sq}-}^{-})\end{array}\right)$

式中K_p1和K_i1分别为正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p2和K_i2分别为负序 电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p1＜0，K_p2＜0。

A10)将步骤A9所得到的串联网侧变换器正序控制电压经正向同步 角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换模块14得到到静止两相αβ坐标轴系 下正序控制电压其中：正向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐 标轴系的恒功率变换模块14为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{series\alpha }+}^{+}\\ u_{\mathrm{series\beta }+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& -\sin \left({\theta }_g\right)\\ \sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}+}^{+}\\ u_{\mathrm{seriesq}+}^{+}\end{array}\right)$

A11)将步骤A9所得到的串联网侧变换器负序控制电压经反向同步 角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换模块15得到到静止两相αβ坐标轴系 下负序控制电压其中：反向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐 标轴系的恒功率变换模块15为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{series\alpha }-}^{-}\\ u_{\mathrm{series\beta }-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& -\sin (-{\theta }_g)\\ \sin \left({-\theta }_g\right)& \cos (-{\theta }_g)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{seriesd}-}^{-}\\ u_{\mathrm{seriesq}-}^{-}\end{array}\right)$

A12)将步骤A10、A11所得到的串联网侧变换器正负序控制电压和直流侧电压U_dc通过空间矢量调制(SVPWM)模块4产生串联网侧 变换器PWM驱动信号。

(B)并联网侧变换器控制步骤：

B1)首先利用电流霍尔传感器8采集双馈感应发电机定子三相电流信号i_sa，i_sb，i_sc；

B2)利用电流霍尔传感器8采集并联网侧变换器的三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc；

B3)利用电压霍尔传感器9采集直流侧电压信号U_dc；

B4)将采集得到的并联网侧变换器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到静止 两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16得到αβ轴系下的电流i_gα，i_gβ；其中，静止abc三相坐标 系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ga}}\\ i_{\mathrm{gb}}\\ i_{\mathrm{gc}}\end{array}\right)$

B5)将步骤B4得到的i_gα，i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系的变 换模块17后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在正向同步旋转坐标系下dq轴 分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换模块17为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ i_{\mathrm{gq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)$

B6)将步骤B4得到的i_gα，i_gβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系的变 换模块18后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在反向同步旋转坐标系下dq轴 分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换模块18为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ i_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\\ i_{\mathrm{g\beta }}\end{array}\right)$

B7)将采集得到的定子三相电流信号i_sa，i_sb，i_sc经静止abc三相坐标系到静止两相αβ坐 标轴系恒功率变换模块16得到静止两相αβ轴系下的电流i_sα，i_sβ。其中，静止abc三相坐标 系到静止两相αβ坐标轴系恒功率变换模块16为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sa}}\\ i_{\mathrm{sb}}\\ i_{\mathrm{sc}}\end{array}\right)$

B8)将步骤B7得到的i_sα，i_sβ经静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换 模块17后，再经过2ω陷波器13滤波后得到发电机定子电流在正向同步旋转坐标系下dq轴 分量和其中：静止两相αβ坐标轴系到正向同步角速度旋转坐标系变换模块17为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sd}+}^{+}\\ i_{\mathrm{sq}+}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& \sin \left({\theta }_g\right)\\ -\sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

B9)将步骤B7得到的i_sα，i_sβ经静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标系变换 模块18后，再经过2ω陷波器滤波后得到发电机定子电流在反向同步旋转坐标系下dq轴分 量和其中：静止两相αβ坐标轴系到反向同步角速度旋转坐标变换系模块18为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sd}-}^{-}\\ i_{\mathrm{sq}-}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& \sin (-{\theta }_g)\\ -\sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{s\alpha }}\\ i_{\mathrm{s\beta }}\end{array}\right)$

B10)并联网侧变换器的直流母线电压调节采用常规PI调节器控制，其调节器输出和直流 母线电压给定值构成直流母线电压平均有功功率给定值，参见图3，即：

$P_{g\_\mathrm{av}}^{*}=(K_{\mathrm{pu}}+K_{\mathrm{iu}}/s)(U_{\mathrm{dc}}^{*}-U_{\mathrm{dc}})·U_{\mathrm{dc}}^{*}$

其中：表示并联网侧变换器维持直流母线电压稳定所需的平均有功功率指令，为直流 母线电压给定值，K_pu和K_iu分别为直流母线电压调节器比例系数和积分系数；

B11)采用正序电网电压定向于d轴，则由并联网侧变换器电流指令给定值计算 模块10得到正负序电流给定值。其中，并联网侧变换器电流指令给定值计算模块10为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}+}^{+*}\\ i_{\mathrm{gq}+}^{+*}\\ i_{\mathrm{gd}-}^{-*}\\ i_{\mathrm{gq}-}^{-*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\frac{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}-\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ -\frac{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ -\frac{k_1·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{k_2·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}-\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\\ \frac{k_3·Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{k_1·Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^4-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^4}+\frac{u_{\mathrm{gq}-}^{-}·P_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2+{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}+\frac{u_{\mathrm{gd}-}^{-}·Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}}{{\left(u_{g+}^{+}\right)}^2-{\left(u_{g-}^{-}\right)}^2}\end{array}\right)$

其中：

$u_{g+}^{+}=u_{\mathrm{gd}+}^{+}$

${\left(u_{g-}^{-}\right)}^2={\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2+{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2$

$Q_{g\_\mathrm{av}}^{*}=0$

$Q_{\mathrm{series}\_\cos 2}=-u_{\mathrm{gq}-}^{-}·i_{\mathrm{sd}+}^{+}+u_{\mathrm{gd}-}^{-}·i_{\mathrm{sq}+}^{+}$

$Q_{\mathrm{series}\_\sin 2}=u_{\mathrm{gd}-}^{-}·i_{\mathrm{sd}+}^{+}+u_{\mathrm{gq}-}^{-}·i_{\mathrm{sq}+}^{+}$

$k_1=-{2u}_{\mathrm{gd}+}^{+}·u_{\mathrm{gd}-}^{-}·u_{\mathrm{gq}-}^{-}$

$k_2={\left(u_{\mathrm{gd}+}^{+}\right)}^3-u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2+u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2$

$k_3=-({\left(u_{\mathrm{gd}+}^{+}\right)}^3-{u_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gq}-}^{-}\right)}^2+u}_{\mathrm{gd}+}^{+}·{\left(u_{\mathrm{gd}-}^{-}\right)}^2)$

B12)在不平衡电网电压下，采用电网正序电压定向方式，对并联网侧变换器采用双同步 旋转坐标轴系下的网侧电流控制，由正序电压控制模块11得到正向同步旋转坐标轴系dq控 制电压；由负序电压控制模块12得到反向同步旋转坐标轴系dq控制电压。其中，正序电压 控制模块11和负序电压控制模块12为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{d+}^{+}=-(K_{p2+}+K_{i2+}/s)(i_{\mathrm{gd}+}^{+*}-i_{\mathrm{gd}+}^{+})+{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gq}+}^{+}+u_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{q+}^{+}=-(K_{p2+}+K_{i2+}/s)(i_{\mathrm{gq}+}^{+*}-i_{\mathrm{gq}+}^{+})-{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gd}+}^{+}\\ u_{d-}^{-}=-(K_{p2-}+K_{i2-}/s)(i_{\mathrm{gd}-}^{-*}-i_{\mathrm{gd}-}^{-})-{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gq}-}^{-}+u_{\mathrm{gd}-}^{-}\\ u_{q-}^{-}=-(K_{p2-}+K_{i2-}/s)(i_{\mathrm{gq}-}^{-*}-i_{\mathrm{gq}-}^{-})+{\mathrm{\omega L}}_g{i}_{\mathrm{gd}-}^{-}+u_{\mathrm{gq}-}^{-}\end{array}\right)$

其中：K_p2+和K_i2+分别为正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p2-和K_i2-分别为负序电 压PI调节器的比例系数和积分系数，ω为同步角速度，L_g为并联网侧变换器进线电抗器电感；

B13)将步骤B12所得到的正序控制电压经正向同步角速度旋转坐标系到静止两 相αβ坐标轴系的恒功率变换模块14得到静止两相αβ坐标轴系下正序控制电压其中：正向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换模块14为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\alpha +}^{+}\\ u_{\beta +}^{+}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({\theta }_g\right)& -\sin \left({\theta }_g\right)\\ \sin \left({\theta }_g\right)& \cos \left({\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{d+}^{+}\\ u_{q+}^{+}\end{array}\right)$

B14)将步骤B12所得到的负序控制电压经反向同步角速度旋转坐标系到静止 两相αβ坐标轴系的恒功率变换模块15得到静止两相αβ坐标轴系下负序控制电压其中：反向同步角速度旋转坐标系到静止两相αβ坐标轴系的恒功率变换模块15为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\alpha -}^{-}\\ u_{\beta -}^{-}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\theta }_g\right)& -\sin \left({-\theta }_g\right)\\ \sin \left({-\theta }_g\right)& \cos \left({-\theta }_g\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{d-}^{-}\\ u_{q-}^{-}\end{array}\right)$

B15)将步骤B13、B14所得到的正负序控制电压和直流侧电压 U_dc通过空间矢量调制(SVPWM)模块4产生并联网侧变换器PWM驱动信号。

(C)电机侧变换器的控制策略

(C1)电机侧变换器采用传统矢量控制策略，其控制电压和直流侧电压U_dc通过空间矢量调 制模块4产生电机侧变换器PWM驱动信号。

本发明在电网电压不平衡下实现了采用串联网侧变换器的双馈风力发电系统定、转子三 相电流对称、电机功率和电磁转矩无二倍频波动的控制目标，同时整个系统可向电网提供稳 定无波动的无功功率支撑，如附图5(a)、(i)、(j)、(h)所示。对比附图4(c)和图5(c)所示，采用 传统控制(附图4(c))时，系统总输出无功功率存在较大程度的二倍频波动，而采用本文所发明 方法(附图5(c))后，系统总输出无功功率波动程度大大减小。

图4和图5中分别为双馈感应发电机定子三相电流(a)、串联变压器电压(b)、系统总输出 无功功率(c)、直流链电压(d)、并联网侧变换器负序电流q轴分量给定及反馈(e)、并联网侧变 换器负序电流d轴分量给定及反馈(f)、整个系统总电流(g)、双馈感应发电机电磁转矩(h)、 双馈感应发电机转子三相电流(i)、发电机输出、并联网侧变换器输出以及系统总输出有功功 率(j)、并联网侧变换器输出无功功率(k)、并联网侧变换器正序电流d、q轴分量给定及反馈 (l)、电网和定子正序电压d轴分量(m)、电网和定子正序电压q轴分量(n)、发电机输出无功功 率(o)、电网和定子负序电压d轴分量(p)、电网和定子负序电压q轴分量(q)。