变速恒频风力发电网侧变流器比例谐振和前馈控制研究_马浩淼

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1、变速恒频风力发电网侧变流器比例谐振和前馈控制研究_马浩淼第33卷第10期太阳能学报Vol．33，No．10Oct．，20122012年10月ACTAENERGIAESOLARISSINICA0096（2012）10-1702-08文章编号：0254-变速恒频风力发电网侧变流器比例谐振和前馈控制研究1，211马浩淼，高勇，杨媛（1．西安理工大学自动化与信息工程学院，西安710048；2．陕西师范大学计算机科学学院，西安710062）摘要：在分析网侧变流器比例谐振控制算法结构的基础上，根据双馈变流器输入输出之间的功率平衡关系，提出一种包括电网电压和转子电流

2、微分信号的前馈控制策略，通过电流微分快速调节网侧电流以维持系统功率平前馈控制引入能有效提高系统对电网波动和转子变流器负载扰动的抗干扰能衡。与传统的比例谐振控制相比，力，加快系统动态性能，仿真和实验验证了所提控制策略的正确—————————————————————————————————————————————————————性和有效性。关键词：风力发电；网侧变流器；比例谐振；前馈控制中图分类号：TM461文献标识码：A0引言［1］电系统控制性能产生严重影响。基于此，本文在分析PR控制器特性基础上，根。其相关研究主要集中在双PWM变据网侧变流器与转子侧变

3、流器输入输出功率平衡关系，提出电网电压、转子电流微分前馈与PR控制相结合的网侧变流器控制策略。PR控制能对特定频率的交流信号实现零误差调节，而电网与转子电流微分前馈能使PR控制近似成为一个闭环无源跟踪系统，及时抑制电网电压及转子侧的瞬时扰动，从而有效改善系统抗干扰性能，通过仿真和实验证明了本文所提出方法的可行性和有效性。近年来变速恒频双馈风力发电得到了世界各国的广泛重视流器的控制方面，网侧变流器作为一个可控的三相交流电源，其主要作用是实现交流侧单位功率因数确保转子运行及各种状态下的直流母线电压稳定，侧变流器乃至整个变速恒频风电系统可靠工作［2］。目前对

4、于网侧变流器的控制研究，最常采用的方法—————————————————————————————————————————————————————PI是电网电压矢量定向的电压电流双闭环PI控制，控制能对直流信号实现零稳态误差，但却不能消除交流的谐波分量；且该方法需多次坐标变换，增加了算法实现难度；再者，为实现解耦控制，获得良好的动态性能，算法中需引入与温度和电路参数相关的交叉耦合项，从而影响了控制系统的鲁棒性［3～5］11．1比例谐振控制PR控制PR控制器传递函数为［6］：GPR（s）=kp+2krss+ω202。resonant，PR）控制策略比例谐振

5、（proportional-就是基于以上考虑，它利用PR控制器在基波频率处的增益为无穷大，且无需坐标旋转变换、不存在交叉耦合项，就可方便实现静止坐标系下交流信号的零误差调节。PR控制虽提高了系统控制精度，降低了算法实现难度，但其缺点在于控制结构上，—————————————————————————————————————————————————————对电网电压及转子侧变流器的瞬时扰动信号近似属于开环控制，因此电网或负载较小的扰动将对变速恒频风（1）kp，kr———分别为比例和积分系数；ω0———谐振式中，kr=1，PR控频率。取kp=1，ω0=2π×

6、50rad/s时，制器的波特图如图1所示。由图1可看出：①PR控制器在谐振频率ω0处的增益近似无穷大，而在非谐振频率处增益迅速下降，根据这一点，若将传统PI控制中电压环调节输出的有功电流分量及根据功率因数要求给定的无功01-10收稿日期：2012-46）；陕西省重点学科建设专项资金（10700-080903）基金项目：陕西省科技计划工业攻关项目（2012K06-通讯作者：马浩淼（1978—），女，博士研究生、讲师，主要从事双馈风力发电及电力电子技术方面的研究。hmm029@163．com10期马浩淼等：变速恒频风力发电网侧变流器比例谐振和前馈控制研究1

7、703电压外环为直流量，仍采用传统的PI控制器，电流内环在两相静止αβ坐标下采用准PR控制器。与PI控制比较可知，准PR控制减少了电流及电压控制指令的坐标旋转变换，无需耦合项ωLiq、ωLid，从而消除电路元件参数对系统控制的影响，提高风电系统鲁棒性。图1Fig．1—————————————————————————————————————————————————————PR控制器波特图BodegraphofPRcontroller图3Fig．3网侧变流器PR控制结构图电流分量变换到两相静止坐标系下，并将PR控制器中谐振频率ω0的值设为基波角频率，即可对

8、网侧变流器实现误差控制；②实际应用中，谐振频率处的无穷大增益不可能实现，因为元器件参数的测量误