(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211164795.0 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 孙可　卢昱宏　刘沁怡　万子镜　 田震　刘飞　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 鲁力 (51)Int.Cl. H02J 3/38(2006.01) H02J 3/24(2006.01) H02J 3/48(2006.01) (54)发明名称 不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故 障穿越控制策略 (57)摘要 本发明涉及不平衡工况下基于平滑切换的 直驱风机故障穿越控制策略， 包括以下步骤， 建 立网侧逆变器在不平衡工况下的数学模型， 并基 于瞬时功率理论给出网侧逆变器在不平衡工况 下的功率表达式。 基于建立的数学模 型以及给出 的功率表达式设计并实现平滑切换控制策略使 网侧变流器输出的有功功率的二倍公频振荡以 及并网电流不平 衡度同时减小。 本发 明能良好抑 制不平衡工况下直驱风机网侧逆变器输出有功 功率的二倍公频振荡并大大减小并网电流不平 衡度， 以在不对称故障期间稳定直流侧电压的同 时满足并 网电流要求。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115459344 A 2022.12.09 CN 115459344 A 1.不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 包括以下 步骤： 首先在不平衡工况下建立网侧逆变器的数学模型， 并基于瞬时功率理论给出网侧逆变 器工作在不平衡工况时的功率表达式， 由此 给出优化电流指令值； 由建立的数学模型以及给出的功率表达 式设计基于平滑切换的故障穿越控制策略， 由 此使得网侧变流器输出的有功功 率的二倍公频振荡、 并网电流不平衡度以及撬棒电阻动作 时间同时减小， 以在故障穿越过程中稳定直流电压与抑制并网电流不平衡的同时降低撬棒 电阻的散热压力。 2.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 建立网侧逆变 器在不平衡电网条件下的数 学模型： 式(1)为不平衡工况 下直驱风机网侧逆变 器的电压方程。 3.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 根据瞬时功率理论给出网侧逆变器在不平衡工况下 的功率表达式； 其视在功 率、 有功功率及无功 功率由以下公式分别给 出： 式(2)为视在功率， 式(3)为有功、 无功功率， 不难从式(3)看出， 网侧逆变器工作在不平 衡工况下时输出有功存在二 倍频波动， 由此会导 致直流电压波动。 4.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 观察有功功率各分量(P0、 P1、 P2)与网侧正负序电流 之间的 关系， 并在正负序电网电压定 向的情况下， 给出同时抑制有功功率的二倍公频振荡以及 并 网电流不平衡度的优化电流指令值； 式(4)所示 为优化求解后的网侧逆变 器正负序电流指令值。 5.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115459344 A 2其特征在于： 由正负序电流给定值设计含有谐振控制器的正负序电压定向控制策略， 使 网侧逆变器 正负序电流能够无差跟随指令值， 谐振控制器用以控制在正序旋转坐标系下表现为二倍工 频分量的负序电流。 6.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 机侧在不平衡工况下用于切换 的定子电压定 向的直流电压控制策略， 能够在 网侧逆变器抑制输出有功二倍频波动以及并网负序电流的同时控制直压， 以配合网侧变流 器以及直 流侧耗能电阻实现不对称故障下的故障穿越； 包括： 网侧切换控制： 给出网侧正负序电流指令值； 并在正负序电压定向的条件下， 同时采用 平滑切换， 令网侧变流器于故障工况下切换至基于比例积分谐振(PI ‑R)控制器的单电流环 进行多目标协同控制； 机侧切换控制:机侧控制切换为基于定子电压定向的直流电压控制， 配合网侧以适应 不同故障工况， 并减少耗能电阻动作时间。 7.根据权利要求1所述的不平衡工况下基于平滑切换的直驱风机故障穿越控制策略， 其特征在于： 考虑到网侧逆变器与机侧整流器中直流电压外环在调节直流电压时所起的作 用并不完全相同， 这直接导致从正常工况网侧控制直压切换至故障工况下机侧控制直压会 使得直流电压外环输出的电流指令值会出现突变， 故障恢复后切换至正常工况控制时同 理， 设计并实现了不同控制策略间的平滑切换， 具体是： 基于正序两相旋转(dq)坐标系的网 侧逆变器模型， 以及优化的电流给定值， 基于PI ‑R控制器， 实现网侧切换控制策 略， 在不平 衡工况下同时控制正负序电流以跟踪给定值； 基于直流电容模型与机侧整流器模型设计机 侧切换控制策略。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115459344 A 3