双馈风电机组网侧变流器优化PR控制策略.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷双馈风电机组网侧变流器优化PR控制策略杜立志1陈聪2任娇2(1．大庆粮食服务中心，黑龙江大庆163001；2．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318)摘要建立双馈风力发电系统网侧变流器的数学模型和基于电压电流双闭环控制策略系统。基于PI控制器的电压定向矢量控制策略虽然可以实现定子有功功率和无功功率的解耦控制，但是易受周围环境和线路参数变化的影响，在谐波抑制方面效果差。提出了优化的PR控制器，在该控制器和矢量控制结合的策略下，可省去电路中的耦合项和前馈补偿项，能够很好

2、地实现定子功率的独立控制并保证系统的控制精度。仿真结果验证了所建立数学模型和控制方式的正确性。关键词双馈风电机组网侧变流器电压电流双闭环PI控制优化PR控制器中图分类号TH863文献标识码A文章编号1000-3932(2013)08-0966-06在变速恒频双馈风力发电系统中，双馈电机以其独特的优越性成为当今风力发电技术中的主流机型，而对双馈电机在风力发电中的变流控制技术则是研究的热点⋯。电压定向矢量控制策略已较多地运用到双馈风力发电系统中，文献[2]对双馈风力发电机组网侧变换器采用了基于PI控制的双闭

3、环控制策略，文献[3]讨论了并网后双馈风力发电机的功率解耦控制，但易受参数变化的影响。笔者主要研究双馈风力发电系统网侧变换器的控制策略，在研究了双闭环控制的基础上，根据传统的控制方法设计了PI控制器，通过分析PI控制的优、缺点，提出了一种优化的PR控制器，建立了基于优化PR控制器的双闭环系统，最后进行了仿真验证。1网侧PWM变换器的数学模型主电路采用三相电压源PWM变流器拓扑结构，设三相电压对称，根据基尔霍夫电压定律得：￡面di+她：u．一udoS．+MN“(1)I=di．誉dib篓。㈩i。——负载电流

4、；ll。，ub，u。——三相电网电压；u。。——直流侧的输出电压。由式(2)和三相电流总和等于零、电网电压平衡条件可以得到如下公式：￡面diⅥ喇．一(．s．一业≯)‰L面dib=us-Rib"(s。一兰芎盟)‰(3)Lidio弘埘。一卜兰等旦)‰，c等=S-。s^城。i。对式(3)进行Clarke和Park变换，得到两相旋转坐标系下的数学模型：￡idia=-Ria+wLiq-SdUd。4"U,d￡面diq=-Riq-wLia-SqUdc．．I．Uq(4)c百dude=÷s。¨÷s^吨令电网电压矢量E同d

5、轴重合，那么d轴为有功分量，q轴为无功分量。电网电压的d轴分量ud=n，=IEI，q轴分量u。=0。令』u由23dudc，则式(4)中的输入电流可表示【u口r=Sq“d。为：收稿日期：2013-06-26(修改稿)第8期杜立志等．双馈风电机组网侧变流器优化PR控制策略967f￡等一瓯+础。枷，吨。l(5)lL面diq—Ri，一oLid叫，2网侧变换器的控制策略在双馈风力发电系统中，网侧变流器的控制主要是为了保证直流侧电压的平衡和输入功率因数接近1¨1，笔者采用电压定向矢量控制策略。图1为网侧变换器基于P

6、I调节的双闭环控制系统框图，电压定向控制策略结合双闭环调节和SVPWM调制技术，SVPWM用来控制电流定向；电压外环包括负载两端电流的前馈补偿，用来维持直流侧电压恒定，电流内环包括反馈电流的解耦和电网电压的扰动补偿，用来控制有功功率和无功功率电流”。。图1网侧变换器双闭环控制框图2．1PI控制策略如图1所示，电网电压经过坐标变换得到电压位置角0，电网电流变换得到i扑i。和反馈耦合∞L。直流侧的反馈电压与给定电压比较后进入PI调节系统，即电压外环。经过电流比较后进入电流内环调节器，再结合前馈耦合和坐标变换

7、得到两相旋转坐标系下的电压u。和／,g。。最后，通过SVPWM调制得到开关信号，实现网侧变换器的控制。2．1．1电压外环调节器的设计电压外环的设计首先应确定输入电流i。、i。和输出直流i。。。电流之间的关系。经坐标变换有tc警刮^“^一。。(6)将惯性环节和采样环节合并成一个一阶线性环节，得到电压外环调节器传递函数：⋯，、K。(邪)+1P2黼磊㈩k=瓦3Ea孑K,当采用PI调节器来控制直流侧电容电压时，d轴的给定电流分量可表示为：弘(k+争)(“二叫dc)(8)式中K曲——电压外环比例增益；电网氏——积

8、分增益；u三——电容电压给定值‘引。2．1．2电流内环调节器的设计把开环传递函数校正为典型I型系统后，得到电流环闭环传递函数为：即，2弼靠4赤(9)』u。2(K“+詈)(i：一‘，+e一+∞厶-。。。，卜(¨扣一卜础。式中0——输出给定电流。民——比例增益；K——积分增益。2．2PR控制器及优化PI控制的电压定向矢量控制系统有较好的控制性能和解耦效果，但不足之处是前馈补偿和耦合项容易受到外界环境和物理参数的影响，抗干扰能力很有限，在谐波抑制