CN102347622B - 小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法 - Google Patents

Abstract

小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，涉及一种风电系统网侧变换器的并网控制方法。本发明是为了解决现有的PI控制超调量大、系统响应时间长，线性滑模控制存在抖振现象的问题。它的具体方法为：采集电网的三相电压信号和三相电流信号，转换为两相旋转电压信号和两相旋转电流信号；获取d轴给定电流获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁和q轴高阶非奇异终端滑模面s₂；获取q轴控制律u_q和d轴控制律u_d；获取网侧变流器的驱动信号，将驱动信号输入网侧变流器，利用网侧变流器将永磁直驱风电系统产生的直流电逆变为交流电输入电网，完成风力发电的电流并网。用于风力发电机的并网过程的控制。

Description

小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法

技术领域

本发明涉及一种小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法。

背景技术

风力发电机在并网过程中会出现过电压、过电流或转速上升等问题，对电网会造成冲击，这种冲击的严重后果会引起电网电压的降低，还会对发电机和机械部件造成损害，更为严重的是，长时间的并网冲击，还可能使系统瓦解或威胁风力发电机的正常运行，因此，必须通过合理的发电机并网技术来抑制并网冲击电流。传统的控制方法有PI控制和线性滑模控制，但是PI控制具有较大的超调量，系统的响应时间较长，而线性滑模控制虽然相对于PI控制有了一定的改善，但是存在抖振现象。

发明内容

本发明是为了解决现有的PI控制超调量大、系统响应时间长，线性滑模控制存在抖振现象的问题，提出的一种小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法。

本发明的小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法的步骤为：

步骤一、采集电网的三相电压信号和三相电流信号，转换为两相旋转电压信号和两相旋转电流信号；

步骤二、获取d轴给定电流

步骤三、根据步骤二获取的d轴给定电流

获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁，根据q轴给定电流

获取q轴高阶非奇异终端滑模面s₂；

步骤四、根据步骤三获取的q轴高阶非奇异终端滑模面s₂获取q轴控制律u_q，根据步骤三获取的d轴高阶非奇异终端滑模面s₁获取d轴控制律u_d；

步骤五、根据步骤四获取的q轴控制律u_q和d轴控制律ud获取网侧变换器的驱动信号，将驱动信号输入网侧变换器，利用网侧变换器将永磁直驱风电系统产生的直流电逆变为交流电输入电网，完成风力发电的电流并网。

本发明的优点：解决了现有技术超调量大、系统响应时间长及存在抖振现象的问题，能够使系统在更短时间内达到稳定，系统响应时间更短，超调量更小，动态性能更为优越，从而避免了风力发电机在并网过程中对电网造成冲击和对风电系统造成更为严重的损害。本发明的发明效果如下：在MATLABA或Simulink里搭建网侧变换器高阶非奇异终端滑模结构的仿真模型，仿真参数为：k₁＝k₂＝1，p₁＝p₂＝5，q₁＝q₂＝3。

图1是系统启动时有功电流i_d的调节过程比较曲线，图2是系统启动时母线电压u_dc的调节过程比较曲线。由图可以看出，与传统PI控制和线性滑模控制相比较，采用高阶非奇异终端滑模控制时，母线电压u_dc和有功电流i_d在更短时间内达到了稳定，系统响应时间更短，超调量更小。

图3是电网电压发生扰动时有功电流i_d的波形比较曲线，图4是电网电压发生扰动时母线电压u_dc的波形比较曲线。由图可以看出，在0.3s时电网电压发生15％的跌落，在0.4s时恢复正常，与传统的PI控制和线性滑模控制相比，采用高阶非奇异终端滑模控制时，母线电压u_dc和有功电流i_d的调节时间最短，响应速度最快，超调量更小。

图5是直流侧输入变化时有功电流i_d的变化比较曲线，图6是直流侧输入变化时母线电压u_dc的变化比较曲线。由图可以看出，直流侧输入电流在1.05s时提高1.25倍，直流母线电压在短暂的调节过程后仍然稳定在300V，与传统的PI控制和线性滑模控制相比，采用高阶非奇异终端滑模控制时，母线电压u_dc和有功电流i_d重新达到稳定的时间更短，响应速度更快，超调量更小。

附图说明

图1-图6是本发明的仿真效果图，图1是系统启动时有功电流i_d的调节过程比较曲线，图2是系统启动时母线电压u_dc的调节过程比较曲线，图3是电网电压发生扰动时有功电流i_d的波形比较曲线，图4是电网电压发生扰动时母线电压u_dc的波形比较曲线，图5是直流侧输入变化时有功电流i_d的变化比较曲线，图6是直流侧输入变化时母线电压u_dc的变化比较曲线。图7是本发明的并网控制信号流向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图7说明本具体实施方式，小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，其具体方法为：

步骤一、采集电网的三相电压信号和三相电流信号，转换为两相旋转电压信号和两相旋转电流信号；

步骤二、获取d轴给定电流

步骤三、根据步骤二获取的d轴给定电流获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁，根据q轴给定电流

获取q轴高阶非奇异终端滑模面s₂；

步骤四、根据步骤三获取的q轴高阶非奇异终端滑模面s₂获取q轴控制律u_q，根据步骤三获取的d轴高阶非奇异终端滑模面s₁获取d轴控制律u_d；

步骤五、根据步骤四获取的q轴控制律u_q和d轴控制律u_d获取网侧变换器的驱动信号，将驱动信号输入网侧变换器，利用网侧变换器将永磁直驱风电系统产生的直流电逆变为交流电输入电网，完成风力发电的电流并网。

具体实施方式二、结合图7说明本具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，步骤一的具体方法为：

步骤a、采集三相静止电压信号e_a、e_b、e_c，输入Clark模块，输出两相静止电压信号e_α、e_β，将三相静止电压信号e_a、e_b、e_c输入PLL模块，输出位置信号θ，采集三相静止电流信号i_a、i_b、i_c，输入Clark模块，输出两相静止电流信号i_α、i_β；

步骤b、将两相静止电压信号e_α、e_β和位置信号θ输入Park模块，输出两相旋转电压信号e_d、e_q，将两相静止电流信号i_α、i_β和位置信号θ输入Park模块，输出两相旋转电流信号i_d、i_q。

具体实施方式三、结合图7说明本具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，步骤二的具体方法为：d轴外环给定直流母线电压

减d轴外环反馈直流母线电压u_dc获得差值，差值经PI调节形成d轴内环给定电流

具体实施方式四、结合图7说明本具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，步骤三的具体方法为：

步骤a、用q轴给定电流

减q轴电流i_q获取q轴电流差值ε₂：

用d轴给定电流

减d轴电流i_d获取d轴电流差值ε₁：

步骤b、根据q轴电流差值ε₂获取q轴高阶非奇异终端滑模面s₂：

根据d轴电流差值ε₁获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁：

其中，β₁＞O，β₂＞0。

具体实施方式五、结合图7说明本具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，步骤四的具体方法为：

步骤a、根据获取的q轴高阶非奇异终端滑模面s₂获取q轴控制律u_q的不确定项u_qn：

根据获取的d轴高阶非奇异终端滑模面s₁获取d轴控制律u_d的不确定项u_dn：

其中，L表示网侧滤波电感，p₁、q₁、p₂、q₂均为正奇数，且1＜p₁/q₁＜2，1＜p₂/q₂＜2；

步骤b、获取q轴控制律u_q的等效控制项u_qeq：u_qeq＝-Ri_q-ωLi_d+e_q；获取d轴控制律u_d的等效控制项u_deq：u_deq＝-Ri_d+ωLi_q+e_d；其中，R表示每相线路等效电阻，ω表示电网基波角频率；

步骤c、获取q轴控制律u_q：u_q＝u_qeq+u_qn；获取d轴控制律u_d：u_d＝u_deq+u_dn。

具体实施方式六、结合图7说明本具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，步骤五所述的获取网侧变换器的驱动信号的具体方法为：

步骤a、将获取的q轴控制律u_q和d轴控制律u_d输入park逆变换模块，输出α轴控制律u_α和β轴控制律u_β；

步骤b、将步骤a获取的α轴控制律u_α和β轴控制律u_β输入SVPWM模块，输出6路驱动信号。

Claims (4)

1.小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采集电网的三相电压信号和三相电流信号，转换为两相旋转电压信号和两相旋转电流信号；

步骤二、获取d轴给定电流

步骤三、根据步骤二获取的d轴给定电流

获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁，根据q轴给定电流

获取q轴高阶非奇异终端滑模面s₂；

步骤四、根据步骤三获取的q轴高阶非奇异终端滑模面s₂获取q轴控制律u_q，根据步骤三获取的d轴高阶非奇异终端滑模面s₁获取d轴控制律u_d；

步骤五、根据步骤四获取的q轴控制律u_q和d轴控制律u_d获取网侧变换器的驱动信号，将驱动信号输入网侧变换器，利用网侧变换器将永磁直驱风电系统产生的直流电逆变为交流电输入电网，完成风力发电的电流并网；

其特征在于：步骤三所述的获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁和q轴高阶非奇异终端滑模面s₂的具体方法为：

步骤a、用q轴给定电流

减q轴电流i_q获取q轴电流差值ε₂：

用d轴给定电流

减d轴电流i_d获取d轴电流差值ε₁：

步骤b、根据q轴电流差值ε₂获取q轴高阶非奇异终端滑模面s₂：

根据d轴电流差值ε₁获取d轴高阶非奇异终端滑模面s₁：

其中，β₁＞0，β₂＞0；

步骤四所述的获取q轴控制律u_q和d轴控制律u_d的具体方法为：

步骤a、根据获取的q轴高阶非奇异终端滑模面s₂获取q轴控制律u_q的不确定项u_qn：

根据获取的d轴高阶非奇异终端滑模面s₁获取d轴控制律u_d的不确定项u_dn：其中，L表示网侧滤波电感，p₁、q₁、p₂、q₂均为正奇数，且1＜p₁/q₁＜2，1＜p₂/q₂＜2；

步骤b、获取q轴控制律u_q的等效控制项u_qeq：u_qeq＝-Ri_q-ωLi_d+e_q；获取d轴控制律u_d的等效控制项u_deq：u_deq＝-Ri_d+ωLi_q+e_d；其中，R表示每相线路等效电阻，ω表示电网基波角频率；

步骤c、获取q轴控制律u_q：u_q＝u_qeq+u_qn；获取d轴控制律u_d：u_d＝u_deq+u_dn；

所述e_d、e_q表示两相旋转电压信号。

2.根据权利要求1所述的小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，其特征在于：步骤一所述的获取两相旋转电压信号和两相旋转电流信号的具体方法为：

步骤a、采集三相静止电压信号e_a、e_b、e_c，输入Clark模块，输出两相静止电压信号e_α、e_β，将三相静止电压信号e_a、e_b、e_c输入PLL模块，输出位置信号θ，采集三相静止电流信号i_a、i_b、i_c，输入Clark模块，输出两相静止电流信号i_α、i_β；

步骤b、将两相静止电压信号e_α、e_β和位置信号θ输入Park模块，输出两相旋转电压信号e_d、e_q，将两相静止电流信号i_α、i_β和位置信号θ输入Park模块，输出两相旋转电流信号i_d、i_q。

3.根据权利要求1所述的小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，其特征在于：步骤二所述的获取d轴给定电流

的具体方法为：给定直流母线电压

减反馈直流母线电压u_dc获得差值，差值经Pl调节形成d轴给定电流

4.根据权利要求1所述的小型永磁直驱风电系统网侧变换器的并网控制方法，其特征在于：步骤五所述的获取网侧变换器的驱动信号的具体方法为：

步骤a、将获取的q轴控制律u_q和d轴控制律u_d输入park逆变换模块，输出α轴控制律u_α和β轴控制律u_β；

步骤b、将步骤a获取的α轴控制律u_α和β轴控制律u_β输入SVPWM模块，输出6路驱动信号。

Images