CN112134308B - 一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置 - Google Patents

一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置，具体是通过采集并联模块的三相电流，得到相应的总电流值和电流差值；然后将总电流值作为总电流控制器的输入并根据该输入得到电机侧变流器给定电压，电流差值作为电流差值控制器的输入并根据该输入得到补偿电压初始值，补偿电压初始值经过限幅模块后得到电机侧变流器给定电压补偿值；最后得到相应的并联模块各自的电压给定值和PWM信号，从而通过控制并联模块A和并联模块B对应的功率开关实现并联模块间的均流。本发明可有效解决风电变流器电机侧变流器并联模块间不均流的问题，特别适用于风电变流器能量变换系统。

Description

一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置
技术领域
本发明涉及风力发电变流控制的技术领域，具体的是一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置。
背景技术
为了降低碳排放，全球都大力发展风能，风电装机容量占总装机容量的比重不断提升。为了不断优化度电成本以满足风电平价上网的需求，一个重要发展趋势就是单个机组的容量不断提升。风电变流器作为风力发电机组中的能量变换装置，采用并联技术来实现容量的提升。
目前，风电变流器的主流拓扑结构为背靠背的三相PWM变换器，并联时电机侧变流器和电网侧变流器内部并联模块通过电感并联，再分别连接到风力发电机机端和电网三相端子。为了尽可能提升变流器的容量，需要对并联的各个模块进行均流控制。电网侧变流器由于采用较大的滤波电感并联，各个并联模块通过独立的电流环可以很容易的实现模块间均流控制。
由于电机本身有很大的等效电感，为了控制成本，电机侧变流器滤波电感感值一般都很小，考虑到开关频率，实际控制时无法采用跟电网侧变流器类似的控制策略来实现电机侧变流器并联模块之间的均流。因此电机侧变流器一般只对总电流进行控制，经过控制计算得到PWM信号同时用于控制机侧变流器各并联模块的功率开关。在变流器实际生产过程中，受成本和制造工艺的影响，并联模块中开关器件、滤波电感和连接线路的等效参数会在技术要求范围内存在一定的偏差，如果不采取针对性的控制策略，电机侧变流器各并联模块将存在不均流的问题，尤其在动态过程中，不均流问题将更为突出。因此有需要通过改进控制策略，实现电机侧变流器并联模块间的均流。
发明内容
为了解决风电变流器电机侧变流器并联模块间不均流的问题，本发明提出了一种风电变流器并联系统的控制方法和控制装置，可有效控制并联模块的电流及模块间的均流问题。
本发明的技术方案如下：
一种风电变流器并联系统的控制方法，其控制步骤包括：
首先，实时采集并联模块A的三相电流iabc1和电机侧变流器并联模块B的三相电流iabc2，采集的三相电流为对应并联模块滤波电感的电流；再计算电机侧变流器的总电流值iabc1+iabc2和电机侧变流器的电流差值iabc1-iabc2；通过电机侧变流器的总电流给定值减去所述总电流值iabc1+iabc2，可得到电机侧变流器给定电压u*；
然后，利用所述电流差值iabc1-iabc2计算得到补偿电压初始值uc0，补偿电压初始值uc0经过限幅处理后得到电机侧变流器给定电压补偿值ucomp；
最后，所述电机侧变流器给定电压u*减去所述电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块A的电压给定值
Figure BDA0002659814850000021
所述电机侧变流器给定电压u*加上所述电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块B的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000022
然后并联模块A的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000023
并联模块B的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000024
经过PWM调制后分别生成控制并联模块A和并联模块B的PWM信号，从而通过控制并联模块A和并联模块B对应的功率开关实现并联模块间的均流。
适用于上述控制方法的风电变流器并联系统的控制装置，其结构如下：
电流采集单元，用于采集并联模块A和并联模块B的三相电流；
电流控制及限幅单元，用于控制电流与输出限幅，并得出电机侧变流器的给定电压、补偿电压初始值和补偿电压值；
控制单元A，用于并联模块A的控制，得到并联模块A的电压给定值和经过PWM调制后得到并联模块A的PWM信号；
控制单元B，用于并联模块B的控制，得到并联模块B的电压给定值和经过PWM调制后得到并联模块B的PWM信号。
进一步的，所述并联模块A、B的电压给定值，分别通过电流控制及限幅单元中计算出的电机侧变流器给定电压加上补偿电压初始值得到。
所述电流控制及限幅单元包括总电流控制器、电流差值控制器和限幅模块；总电流控制器用于电机侧变流器的总电流的控制，根据来自转速外环或转矩外环控制环路输出的指令电流和电机侧变流器的总电流得到电机侧变流器的给定电压；电流差值控制器根据并联模块A、B的电流差值计算得到补偿电压初始值；限幅模块用于对补偿电压初始值进行限幅，得到补偿电压值。
所述总电流控制器可以是比例控制器、比例-积分控制器或比例-积分-微分控制器，也可以是比例-积分-谐振控制器。
所述电流差值控制器可以根据实际控制效果可以选用比例控制器或比例-积分控制器，也可以采用查表的方式进行实现。
所述限幅模块的限幅值要根据电机侧的并联电感值和直流母线电压值确定。
适用于上述控制方法和控制装置的并联模块A、B，均包括电机侧变流器，电网侧变流器以及电机侧变流器和电网侧变流器之间的直流母线电压；其中，所述电机侧变流器的输入端连接风力发电机的输出端，电网侧变流器的输出端连接至变压器。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的风电变流器并联系统，并联控制装置及风电变流器并联控制方法，是针对风电变流器中电机侧变流器并联模块滤波电感小而不能采用独立电流环分别控制和模块间不均流的问题，通过总电流控制器、电流差值控制器及其限幅模块能够抑制模块间不均流，能够有效避免并联模块间不均流导致的单个并联模块过载。
附图说明
图1是本发明涉及的采用模块并联的电机侧变流器在风力发电能量变换系统位置的结构示意图。
图2是本发明中风电变流器并联控制系统及控制装置的组成示意图。
图3是本发明的风电变流器并联控制方法的控制示意图。
图中，附图标记为：1-风力发电机，2-并联模块A，21-电机侧变流器A，22-电网侧变流器A，23-直流母线电压A，3-并联模块B，31-电机侧变流器B，32-电网侧变流器B，33-直流母线电压B，4-电流采集单元，5-电流控制及限幅单元，6-控制单元A，7-控制单元B，8-总电流控制器，9-电流差值控制器，10-限幅模块，11-变压器，12-电网。
具体实施方式
下面将结合实施例中的附图，对本发明的技术方案进一步进行描述。
采用模块并联的电机侧变流器是风力发电能量变换系统中的关键部件之一，电机侧变流器一端连接直流母线电压，另一端连接风力发电机1并负责控制。如图1所示，风力发电能量变换系统由风力发电机1、电机侧变流器、直流母线电压、电网侧变流器、变压器11和电网12构成。其中，电机侧变流器A 21、电网侧变流器A 22、直流母线电压A 23组成并联模块A 2；电机侧变流器B 31、电网侧变流器B 32、直流母线电压B 33组成并联模块B 3。所述风力发电机1的输出分别连接至并联模块A 2和并联模块B 3，并联模块A 2和并联模块B 3的输出连接至变压器11，通过变压器11输出到电网12。
本实施例提供了一种风电变流器并联系统的控制方法，其控制步骤包括：
首先，实时采集并联模块A2的三相电流iabc1和并联模块B 3的三相电流iabc2，采集的三相电流为对应并联模块滤波电感的电流；再计算电机侧变流器的总电流值iabc1+iabc2和电机侧变流器的电流差值iabc1-iabc2；通过电机侧变流器的总电流给定值减去所述总电流值iabc1+iabc2，可得到电机侧变流器给定电压u*；
然后，采用所述电流差值iabc1-iabc2作为电流差值控制器9的输入，计算得到补偿电压初始值uc0，补偿电压初始值uc0经过限幅模块10限幅处理后得到电机侧变流器给定电压补偿值ucomp；
最后，电机侧变流器给定电压u*减去电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块A2的电压给定值
Figure BDA0002659814850000041
电机侧变流器给定电压u*加上电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块B 3的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000042
然后并联模块A2的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000043
并联模块B 3的电压给定值/>
Figure BDA0002659814850000044
经过PWM调制后分别生成控制并联模块A2和并联模块B 3的PWM信号，从而通过控制并联模块A2和并联模块B 3对应的功率开关实现并联模块间的均流。
上述风电变流器并联控制方法，主要是针对风电变流器中电机侧变流器并联模块滤波电感小而不能采用独立电流环分别控制和模块间不均流的问题，通过总电流控制器8、电流差值控制器9及其限幅模块10能够抑制模块间不均流，能够有效避免并联模块间不均流导致的单个并联模块过载。
本实施例中，适用于上述控制方法的风电变流器并联系统的控制装置，如图2所示，其结构包括：电流采集单元4，电流控制及限幅单元5，控制单元A6，控制单元B 7。其中：
所述电流采集单元4，用于采集并联模块A2和并联模块B 3的三相电流；
所述电流控制及限幅单元5，用于控制电流与输出限幅，并得出电机侧变流器的给定电压、补偿电压初始值和补偿电压值；
所述控制单元A6，用于并联模块A2的控制，得到并联模块A2的电压给定值和经过PWM调制后得到控制模块A的PWM信号；
所述控制单元B 7，用于并联模块B 3的控制，得到并联模块B 3的电压给定值和经过PWM调制后得到控制模块B的PWM信号。
进一步的，所述并联模块A、B的电压给定值，分别通过电流控制及限幅单元5中计算出的电机侧变流器给定电压加上补偿电压初始值得到。
所述电流控制及限幅单元5包括总电流控制器8、电流差值控制器9和限幅模块10；总电流控制器8用于电机侧变流器的总电流的控制，根据来自转速外环或转矩外环控制环路输出的指令电流和电机侧变流器的总电流得到电机侧变流器的给定电压；电流差值控制器9根据并联模块A、B的电流差值计算得到补偿电压初始值；限幅模块10用于对补偿电压初始值进行限幅，得到补偿电压值。
所述总电流控制器8可以是比例控制器、比例-积分控制器或比例-积分-微分控制器，也可以是比例-积分-谐振控制器。
所述电流差值控制器9可以根据实际控制效果可以选用比例控制器或比例-积分控制器，也可以采用查表的方式进行实现。
所述限幅模块10的限幅值要根据电机侧的并联电感值和直流母线电压值确定。电感值越大、直流母线电压越低，限幅值则越高。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种风电变流器并联系统的控制方法，其特征在于，包括如下控制步骤：
首先，分别实时采集两路并联模块A、B的三相电流iabc1、三相电流iabc2，采集到的三相电流为对应并联模块滤波电感的电流，计算得到电机侧变流器的总电流值iabc1+iabc2和电机侧变流器的电流差值iabc1-iabc2；通过电机侧变流器的总电流给定值减去所述总电流值iabc1+iabc2，得到电机侧变流器给定电压u*；
然后，采用所述电流差值iabc1-iabc2计算得到补偿电压初始值uc0，补偿电压初始值uc0经过限幅处理后得到电机侧变流器给定电压补偿值ucomp；
最后，将所述电机侧变流器给定电压u*减去所述电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块A的电压给定值
Figure FDA0004164607910000013
将所述电机侧变流器给定电压u*加上所述电机侧变流器给定电压补偿值ucomp作为并联模块B的电压给定值/>
Figure FDA0004164607910000014
然后并联模块A的电压给定值/>
Figure FDA0004164607910000011
并联模块B的电压给定值/>
Figure FDA0004164607910000012
经过PWM调制后分别生成控制并联模块A和并联模块B的PWM信号，从而通过控制并联模块A和并联模块B对应的功率开关实现并联模块间的均流。
2.根据权利要求1所述的风电变流器并联系统的控制方法，其特征在于：所述并联模块A、B，均包括电机侧变流器，电网侧变流器以及电机侧变流器和电网侧变流器之间的直流母线；其中，所述电机侧变流器的输入端连接风力发电机(1)的输出端，电网侧变流器的输出端连接至变压器(11)。
3.适用于权利要求1所述控制方法的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于，包括：
电流采集单元(4)，用于采集并联模块A和并联模块B的三相电流；
电流控制及限幅单元(5)，用于控制电流与输出限幅，并得出电机侧变流器的给定电压、补偿电压初始值和补偿电压值；
并联模块A控制单元，用于并联模块A的控制，得到并联模块A的电压给定值和经过PWM调制后得到并联模块A的PWM信号；
并联模块B控制单元，用于并联模块B的控制，得到并联模块B的电压给定值和经过PWM调制后得到并联模块B的PWM信号。
4.根据权利要求3所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：所述并联模块A、B的电压给定值，分别通过电流控制及限幅单元(5)中计算出的电机侧变流器给定电压加上补偿电压初始值得到。
5.根据权利要求4所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：所述电流控制及限幅单元(5)包括总电流控制器(8)、电流差值控制器(9)和限幅模块(10)；总电流控制器(8)用于总电流的控制，根据来自转速外环或转矩外环控制环路输出的指令电流和电机侧变流器的总电流得到电机侧变流器的给定电压；电流差值控制器(9)根据并联模块A、B的电流差值计算得到补偿电压初始值；限幅模块(10)用于对补偿电压初始值进行限幅，得到补偿电压值。
6.根据权利要求3所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：所述总电流控制器(8)采用是比例控制器、比例-积分控制器、比例-积分-微分控制器，或者比例-积分-谐振控制器。
7.根据权利要求3所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：根据实际控制效果，所述电流差值控制器(9)采用比例控制器或比例-积分控制器，或者采用查表的方式实现。
8.根据权利要求5所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：所述限幅模块(10)的限幅值根据电机侧的并联电感值和直流母线电压值确定。
9.根据权利要求3所述的风电变流器并联系统的控制装置，其特征在于：所述并联模块A、B，均包括电机侧变流器，电网侧变流器以及电机侧变流器和电网侧变流器之间的直流母线；其中，所述电机侧变流器的输入端连接风力发电机(1)的输出端，电网侧变流器的输出端连接至变压器(11)。
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