CN114243753A - 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法 - Google Patents

一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114243753A
CN114243753A CN202111348469.0A CN202111348469A CN114243753A CN 114243753 A CN114243753 A CN 114243753A CN 202111348469 A CN202111348469 A CN 202111348469A CN 114243753 A CN114243753 A CN 114243753A
Authority
CN
China
Prior art keywords
loop
voltage
current
ladrc
wind power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111348469.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨路勇
李琛
胡延兵
段大伟
李腾飞
杨勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yucheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Yucheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yucheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd filed Critical Yucheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority to CN202111348469.0A priority Critical patent/CN114243753A/zh
Publication of CN114243753A publication Critical patent/CN114243753A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Abstract

本发明公开一种风电并网逆变器直流母线电压的新型双闭环控制方法，包括如下步骤：建立风电并网逆变器系统模型；基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电压控制；LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压环为外环。本发明的新型双闭环结构不依赖被控系统精确的数学模型，设计简单，方便实现，电流环应用LADRC技术解决了dq轴电流间的耦合问题，避免了dq轴电流波动对直流母线电压的影响提高了并网电流的质量，电压环应用LADRC技术提高了直流母线电压在电网故障下的抗扰性能。

Description

一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电控制领域，特别是涉及一种风电并网逆变器直流母线 电压的双闭环控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的背景技术信息，不必然构成在 先技术。
随着风电在电网中渗透率的不断提高，风电机组与电力系统之间的相互影 响也越来越明显。风电并网逆变器将风电机组与大电网连接为一个有机整体， 是整个风电产业中重要的环节之一，起到稳定直流母线电压与控制功率因数的 重要作用。风电并网逆变器的工作性能直接影响到风电系统的安全、稳定、高 效运行，对风电并网逆变器的控制策略进行研究具有重要的价值。
目前，风电并网逆变器的控制多采用电压电流双闭环结构。电压环控制直 流母线电压维持在预先的设定值，其输出值作为电流环的输入。电流环根据风 电机组对无功功率的要求调节发出无功功率的参考值,进而改善电压环的控制 效果。因此，电流环在风电并网逆变器的控制中起到重要作用，直接影响风电 并网逆变器的控制效果。此外，电压电流双闭环结构均采用经典的PI控制方式。 这种基于过程误差来消除误差的PI控制策略会产生一定的时延，难以解决系统 响应中快速性与超调之间的矛盾。积分环节的加入在一定程度上会产生相位滞 后，易产生积分饱和现象，对系统稳定性不利，并且PI控制对系统的抗干扰能 力较差，对控制参数变化敏感，鲁棒性差。科学技术的发展对控制精度和速度 的要求，以及对环境变化的适应能力的要求越来越高，导致传统的电压电流双 闭环控制效果并不理想。寻找一种改进型PI控制或者新型控制策略取代经典的 PI双闭环控制成为改善风电并网逆变器控制效果的一种方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方 法，以解决上述现有技术存在的问题，电流环应用LADRC技术提高并网电流的 波形；电压环应用改进LADRC技术使直流母线电压在电网故障下的抗扰性能得 到大幅提高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种风电并网逆变 器直流母线电压的双闭环控制方法，包括如下步骤：
建立风电并网逆变器系统模型；
基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电 压控制；
所述LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压 环为外环。
优选的，所述风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：
Figure BDA0003355099520000021
电流关系为：
Figure BDA0003355099520000022
式中，ud、uq为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量，ugd、ugq为三相电 网电压在d、q轴上的分量，igd、igq为网侧逆变器输出电流在d、q轴上的分量， ω为电网电压的基波角速度，Sd、Sq为开关函数在d、q轴上的分量。
优选的，所述风电并网逆变器直流侧电压通过控制有功功率实现。
优选的，所述一阶LADRC包括二阶线性扩张状态观测器LESO、线性状态误 差反馈控制律LSEF、动态补偿环节。
优选的，所述一阶LADRC的电流环对应的二阶线性扩张状态观测器LESO为：
Figure BDA0003355099520000031
式中，z1i为d轴参考电流的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000032
为z1i的微分信号，z2i为电流环总 扰动的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000037
为z2i的微分信号，u′d表示d轴上的网侧逆变器输出电压与 电网电压的差值，igd为网侧逆变器输出电流在d轴上的分量，ω0i为电流环的观 测器带宽，b0i为电流环的补偿因子；
线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
Figure BDA0003355099520000034
式中，u0i为电流环控制器的输出，ui为电流环被控对象的输入，ωci为电流 环的控制器带宽，id-ref为d轴参考电流。
优选的，所述改进一阶LADRC的电压环，其对应的改进二阶线性扩张状态 观测器LESO为：
Figure BDA0003355099520000035
式中，z1u为直流母线电压参考值的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000036
为z1u的微分信号，z2u为 电压环总扰动的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000041
为z2u的微分信号，id-ref为d轴参考电流，udc为直 流母线电压实际值，
Figure BDA0003355099520000042
为直流母线电压的微分值，b0u为电压环的补偿因子，βb为改进二阶LESO的增益系数，ω0u为改进二阶LESO的带宽；
线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
Figure BDA0003355099520000043
式中，u0u为电压环控制器的输出，uu为电压环被控对象的输入，ωcu为电 压环的控制器带宽，udc-ref为直流母线电压的参考值。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
(1)新型双闭环结构不依赖被控系统精确的数学模型，设计简单，方便实 现；
(2)电流环应用LADRC技术提高了并网电流的波形；
(3)电压环应用改进LADRC技术提高了直流母线电压在电网故障下的抗扰 性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为风电并网逆变器的电路结构；
图2为戴维宁等效电路的电路结构；
图3为一阶LADRC的结构；
图4为改进一阶LADRC的结构；
图5为风电并网逆变器LADRC双闭环控制结构图；
图6为风电并网逆变器电流环采用PI控制与LADRC时并网点电流的波形以 及a相电流的谐波分析；
图7为风电并网逆变器电压环采用LADRC与改进LADRC时并网点电压对称 跌落40％时直流母线电压波形对比；
图8为风电并网逆变器电压环采用LADRC与改进LADRC时并网点电压不对 称跌落40％时直流母线电压波形对比。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本申请作进一步说明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、 “竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定 的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
如图1至图7所示，本发明提供一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭 环控制方法，包括如下步骤：
步骤S1、建立风电并网逆变器系统模型，图1为风电并网逆变器的电路结 构，逆变器的六个桥臂上采用全控型开关器件IGBT与续流二极管组成。电压源 型PWM逆变器在三相静止坐标系下的模型为：
Figure BDA0003355099520000061
式(1)中，C为直流母线电容，Rg为电网侧等效电阻，Lg为交流等效滤波 电感，is为流出风机侧整流器的电流，idc为流入C的电流，ig为流入网侧逆变器 的电流，iga、igb、igc和ua、ub、uc分别为逆变器交流侧输出电流和对N点的电压， uga、ugb、ugc为三相电网电压，udc为C两端的电压。
由(1)式可知，abc三相电路相互独立，通过调节逆变器输出电压ua、ub、 uc就能够改变交流侧电流iga、igb、igc，实现对并网逆变器的控制。但这种模型包 含时变的电量，增加了控制系统设计的难度。通过Park变换得到风电并网逆变 器在两相旋转坐标系下的电压关系为：
Figure BDA0003355099520000062
式中，ud、uq为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量，ugd、ugq为三相电 网电压在d、q轴上的分量，igd、igq为网侧逆变器输出电流在d、q轴上的分量， ω为电网电压的基波角速度；
电流关系为：
Figure BDA0003355099520000063
式中，Sd、Sq为开关函数在dq轴上的分量。is为流入网侧变流器的电流，风 机侧至机侧变流器部分可等效为图2所示戴维宁等效电路。其中，us为风机侧等 效电源，Rs为风机侧等效电阻。
根据图2可得流入网侧逆变器的电流为：
Figure BDA0003355099520000071
根据式(2)、(3)可得：
Figure BDA0003355099520000072
步骤S2：基于风电并网逆变器系统模型，风电并网逆变器LADRC双闭环控 制，实现直流母线电压控制：
在旋转的dq同步坐标系中，电网电压矢量按照d轴定向，则有ugd＝E，ugq＝0。 依据瞬时功率理论，稳态下三相并网逆变器中有功功率和无功功率表示为：
Figure BDA0003355099520000073
风电并网逆变器直流侧输入功率的瞬时值，表示为：
P＝udcidc (7)
忽略电力电子器件的功率损耗，则有
P＝udcidc＝ugdigd (8)
由以上分析可知，逆变器直流侧电压udc与逆变器输出电流d轴分量igd成正 比。对直流侧电压udc的控制，能够通过控制有功功率来实现，也就是通过控制igd来实现。
步骤S2.1：构建一阶LADRC；
不考虑跟踪微分器，一阶LADRC由二阶线性扩张状态观测器LESO、线性状 态误差反馈控制律LSEF、动态补偿环节三部分组成，参考图3。
假定u和y分别为一阶系统的输入和输出，b0为输入控制增益的估计值，f为 系统中所有的不确定因素和未知外扰，其微分信号用h来表示，取状态变量： x1＝y，x2＝f，则一阶系统的扩张状态空间描述为：
Figure BDA0003355099520000081
(8)式对应的二阶LESO为：
Figure BDA0003355099520000082
式中，z1为y的跟踪信号，z2为跟踪总扰动信号，β1、β2为观测器的系数。 选取合适的参数，可使观测器的状态变量实时跟踪系统的状态变量。
取系统的控制律为：
Figure BDA0003355099520000083
由于仅对状态变量x1进行观测，故LSEF采用如下比例控制：
u0＝kp(v-z1) (12)
式中，kp为比例控制增益。
经过参数化，可得观测器与控制器的增益系数：
β1＝2ω0，β2＝ω0 2 (13)
kp＝ωc (14)
一阶LADRC可简化为对观测器的带宽ω0和控制器的带宽ωc的控制，对这两 个参数进行合理调整就能得到较好的控制效果。
步骤S2.2：基于一阶LADRC结构，构建一阶LADRC的电流环；
将dq轴电流间耦合、电网电压、参数不确定性等视为总和扰动，通过LESO 与动态补偿环节进行估计和补偿，实现dq轴电流解耦。以d轴电流为例进行设 计，根据(2)式可得电流环控制系统对应的状态空间表达式为：
Figure BDA0003355099520000091
电流环对应的状态空间表达式为：
Figure BDA0003355099520000092
式中，电流环补偿因子b0i＝1/Lg。x1i为d轴电流实际值，ui为网侧逆变器输 出电压与电网电压的差值在d轴上的分量，ui用来作为d轴电流环被控对象的输 入，x2i为LESO扩张出的新的状态变量，x2i用来描述电流环的总扰动，记为 x2i＝fi＝-Rgigd/Lg+ωigq，并且
Figure BDA0003355099520000093
将q轴分量与d轴的关联部分ωigq视为总扰 动的一部分，即实现了dq轴电流的解耦。
根据(10)、(13)式可得电流环对应的二阶LESO为：
Figure BDA0003355099520000094
式中，z1i为d轴参考电流的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000095
为z1i的微分信号，z2i为电流环总 扰动的跟踪信号，
Figure BDA0003355099520000096
为z2i的微分信号，u′d表示d轴上的网侧逆变器输出电压与电 网电压的差值，igd为网侧逆变器输出电流在d轴上的分量，ω0i为电流环的观测 器带宽，b0i为电流环的补偿因子；
选取合适的观测器带宽ω0i，可使z1i、z2i快速的跟踪d轴参考电流id-ref以及电 流环的总扰动。
比例控制的LESF以及动态补偿环节为：
Figure BDA0003355099520000101
式中，u0i为电流环控制器的输出，ui为电流环被控对象的输入，ωci为电流 环的控制器带宽，id-ref为d轴参考电流。
步骤S2.3：构建改进一阶LADRC；
根据公式(9)有：
Figure BDA0003355099520000102
根据公式(10)、(13)、(19)可得二阶LESO的扰动观测传递函数为：
Figure BDA0003355099520000103
将式(20)与标准二阶系统传递函数φ(s)＝ωn 2/(s2+2ξωns+ωn 2)对照，可以得出，
Figure BDA0003355099520000104
因此，β1仅影响ξ，而β2同时影响着ξ与ωn，β2对 系统性能的影响最大。考虑到比例-微分控制器具有提供超前相角、改善系统动 态性能的优点，在频域上对β2进行改写，并记为：
β′2(s)＝βa(1+βbs) (21)
式中，βa为比例系数，βaβb为微分系数。考虑到微分信号难以应用的不足， 在实际系统中可通过引入跟踪微分器实现微分的功能。改进LESO的扰动观测传 递函数可以表示为：
Figure BDA0003355099520000105
根据式(20)和(22)可知，φ′(s)与φ(s)的主要区别是增加了一个左零点， 该零点可以使系统的响应速度加快；频域上增加了观测器带宽，使观测器幅值 衰减的程度得到补偿，同时提供一个超前的相角，减缓了相位滞后的程度，提 高了系统的稳定性。
根据公式(10)和(21)可得改进LESO的状态空间表达式：
Figure BDA0003355099520000111
式中，β′1为常数，β′2为β′2(s)的拉式反变换。根据式(23)可得图4所示改 进LADRC的结构。
经过参数化，将式(23)的极点配置在观测器的带宽ω0上，得到改进二阶 LESO的增益系数：
βa＝ω0 2，βb＝βb，β′1＝2ω0-ω0 2βb (24)
因此，改进一阶LADRC的设计可简化为对微分系数与比例系数的比值βb、 观测器的带宽ω0与控制器的带宽ωc的设计，选择合适的参数就能使改进观测器 的状态变量与估计的总扰动实时跟踪系统的状态变量与总扰动，从而获得较好 的控制效果。
步骤S2.4：基于改进一阶LADRC结构，构建改进一阶LADRC的电压环；
电压外环采用改进LADRC时，首先建立其对应的改进LESO，根据(5)式可 得电压外环对应的状态空间表达式：
Figure BDA0003355099520000112
式中，电压环补偿因子b0u＝-3/2C。x1u为母线电压实际值，
Figure BDA0003355099520000128
为x1u的微分 值，uu表示d轴电流参考值，uu用来作为电压环被控对象的输入，x2u为LESO扩 张出的新的状态变量，x2u用来描述电压环的总扰动，记为 fu＝-udc/CRs+us/CRs-3Sqigq/2C+3(Sd+1)igd/2C，并且
Figure BDA0003355099520000126
Figure BDA0003355099520000127
为x2u的微分。
根据(10)式可得电压环的二阶LESO为：
Figure BDA0003355099520000121
式中，β′1与β′2为改进LESO的增益系数。式(26)取拉式变换并与式(22) 联立可得：
Figure BDA0003355099520000122
式中，ω0u为改进二阶LESO的带宽。由于改进二阶LESO的观测值
Figure BDA0003355099520000123
为改进 一阶LADRC的输出y＝udc，因此，式(27)中，
Figure BDA0003355099520000124
为直流母线电压的微分值，根 据电容的电压与电流关系idc＝Cdudc/dt，可知，改进的LARDC中引入的电压微分 值可通过电容电流与电容值的比值得到。
选取合适的观测器带宽ω0u，可使z1u、z2u快速的跟踪直流母线电压udc以及 电压环的总扰动。
P控制的LSEF以及扰动补偿环节为：
Figure BDA0003355099520000125
式中，u0u为电压环控制器的输出，uu为电压环被控对象的输入，udc-ref为电 压环的参考电压值，ωcu为电压环的控制器带宽。
步骤S2.4：基于一阶LADRC的电流环和改进一阶LADRC的电压环，构建LADRC 双闭环结构，实现直流母线电压控制。
风电并网逆变器LADRC双闭环控制的结构框图如图5所示：
(1)在电压环中，将直流母线电压的参考值作为电压环LADRC的输入端， 并与LESO估计出的母线电压值作比较；其中，电压环的输出值、直流母线电压 的测量值以及电容电流的测量值作为电压环LESO的三个输入端；取直流母线电 压反馈得到状态误差构成比例控制律，b0u为电压环的补偿因子；通过前馈环节 对LESO得出的扰动估计值进行补偿，进而得到d轴电流的给定值；
(2)在电流环中，考虑dq轴电流环的对称性，以d轴电流环为例进行设 计：d轴电流的给定值作为电流环LADRC的输入端，并与LESO估计出的d轴电 流值作比较；其中，电流环的输出值与d轴电流的测量值作为电流环LESO的两 个输入端；取d轴电流反馈得到状态误差构成比例控制律，b0i为电流环的补偿 因子；通过前馈环节对LESO得出的扰动估计值进行补偿，进而得到风电并网逆 变器的d轴输出电压。q轴电流环的设计与d轴电流环设计的区别在于q轴参考 电流值的选取，当q轴电流环LADRC的输入端选择电流参考值为0时，通过空间电压矢量调制技术能够实现单位功率因数并网。
为进一步验证本发明的效果，将电压环采用改进LADRC、电流环采用LADRC 的双闭环结构与电压环采用LADRC、电流环采用PI的双闭环结构的控制效果进 行比较：首先，利用SIMULINK建立风电并网系统的仿真模型，对比两种控制方 式下直流母线电压的波形。图6为风电并网逆变器在电流环采用两种不同控制 方式时的并网点电流波形以及a相电流的谐波分析对比，参考图6，电流环采用 LADRC时并网点电流波形更接近正弦波，a相电流的谐波畸变率更小。图7与图8分别为0.6s-0.9s时电网电压对称跌落40％与不对称跌落40％、电压环采用 LADRC与改进LADRC时直流母线电压波形对比，电网电压突变时，采用改进LADRC时直流母线电压的波动范围与过渡过程时间均小于LADRC，说明电压环采用改进 LADRC时在电网故障下的抗扰性能更好。
LADRC技术将被控系统中异于积分串联型的部分(包括系统不确定因素与外 部未知扰动)视为总和扰动，通过动态补偿环节进行补偿，将系统补偿为积分 串联型系统，再用一定的误差反馈控制律对被控系统进行控制。在解耦性能、 抗干扰性能等方面明显优于经典的PI控制。LADRC技术已经应用于电机调速系 统、光伏系统、风电系统等的控制中。
LADRC技术是一种不依赖于被控系统精确数学模型、无需测量系统所受扰 动，以LESO为核心，通过输入和输出来观测系统的实际运动，利用动态补偿环 节将系统补偿为线性的积分串联型结构，再利用LSEF使闭环系统获得较好的控 制性能。LADRC技术在解耦性能、抗扰性能方面效果明显。风电并网逆变器的电 压电流双闭环控制系统中均采用经典的PI控制器，PI控制的局限性影响电流环 的控制效果，进而影响电压环的控制，使得双闭环控制在抗扰性能方面效果并 不理想。将LADRC技术代替经典的PI控制来改善风电并网逆变器的控制性能。 电流环应用LADRC技术提高并网电流的波形，电压环应用改进LADRC技术提高 电网电压故障下的抗扰性能，最终实现对风电并网逆变器直流母线电压的稳压 控制，提高整个风电系统的抗扰性能。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的 技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请 保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上， 本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请 的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
建立风电并网逆变器系统模型；
基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电压控制；
所述LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压环为外环。
2.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：
Figure FDA0003355099510000011
电流关系为：
Figure FDA0003355099510000012
式中，ud、uq为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量，ugd、ugq为三相电网电压在d、q轴上的分量，igd、igq为网侧逆变器输出电流在d、q轴上的分量，ω为电网电压的基波角速度，Sd、Sq为开关函数在d、q轴上的分量，Lg为交流等效滤波电感。
3.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述风电并网逆变器直流侧电压通过控制有功功率实现。
4.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述一阶LADRC包括二阶线性扩张状态观测器LESO、线性状态误差反馈控制律LSEF、动态补偿环节。
5.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压大的双闭环控制方法，其特征在于：所述一阶LADRC的d轴电流环对应的二阶线性扩张状态观测器LESO为：
Figure FDA0003355099510000021
式中，z1i为d轴参考电流的跟踪信号，
Figure FDA0003355099510000022
为z1i的微分信号，z2i为电流环总扰动的跟踪信号，
Figure FDA0003355099510000023
为z2i的微分信号，u′d表示d轴上的网侧逆变器输出电压与电网电压的差值，igd为网侧逆变器输出电流在d轴上的分量，ω0i为电流环的观测器带宽，b0i为电流环的补偿因子；
线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
Figure FDA0003355099510000024
式中，u0i为电流环控制器的输出，ui为电流环被控对象的输入，ωci为电流环的控制器带宽，id-ref为d轴参考电流。
6.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述改进一阶LADRC的电压环，其对应的改进二阶线性扩张状态观测器LESO为：
Figure FDA0003355099510000025
式中，z1u为直流母线电压参考值的跟踪信号，
Figure FDA0003355099510000026
为z1u的微分信号，z2u为电压环总扰动的跟踪信号，
Figure FDA0003355099510000027
为z2u的微分信号，id-ref为d轴参考电流，udc为直流母线电压实际值，
Figure FDA0003355099510000031
为直流母线电压的微分值，b0u为电压环的补偿因子，βb为改进二阶LESO的增益系数，ω0u为改进二阶LESO的带宽；
线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
Figure FDA0003355099510000032
式中，u0u为电压环控制器的输出，uu为电压环被控对象的输入，ωcu为电压环的控制器带宽，udc-ref为直流母线电压的参考值。
CN202111348469.0A 2021-11-15 2021-11-15 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法 Pending CN114243753A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111348469.0A CN114243753A (zh) 2021-11-15 2021-11-15 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111348469.0A CN114243753A (zh) 2021-11-15 2021-11-15 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114243753A true CN114243753A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80749349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111348469.0A Pending CN114243753A (zh) 2021-11-15 2021-11-15 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114243753A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108418253B (zh) 电流控制型虚拟同步发电机的阻抗建模与稳定性分析方法
CN110112940B (zh) 一种基于αβ坐标系下的PWM整流器自适应滑模QPIR控制方法
CN107611971B (zh) 针对网压谐波畸变的网侧逆变器谐振全阶滑模控制方法
CN106786647A (zh) 一种三相四线制并联apf双闭环非线性复合控制方法
CN109067217B (zh) 三相电压型pwm整流器的线性自抗扰控制器的设计方法
CN113346785B (zh) 一种逆变器自适应误差补偿控制系统及方法
CN113890096B (zh) 一种整流逆变模式下的变流器序阻抗建模方法
Zhang et al. A stationary-frame current vector control strategy for single-phase PWM rectifier
CN109861374B (zh) 一种无需负载电流传感器的三相全桥不间断电源控制方法
CN109347141B (zh) 一种双馈风力发电系统网侧终端滑模控制器设计方法
CN111342645B (zh) 一种并网逆变器低频谐波电流控制方法及装置
CN112886609A (zh) 一种交流恒功率负载优化控制模型和优化控制方法
CN114079399A (zh) 基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统和方法
Liu et al. Optimal regulator-based control of electronic power transformer for distribution systems
CN216959694U (zh) 基于线性自抗扰控制的并网逆变器电流环控制系统
CN112003318A (zh) 一种风电并网逆变器直流母线电压控制方法
CN106451573B (zh) 一种多变量反馈控制的三相lcl型联网变换器及方法
CN112086996B (zh) 一种基于Agent的并联逆变器改进下垂控制方法
CN108183483A (zh) 基于Lyapunov的三电平三相四线制SAPF非线性控制方法
CN116979542A (zh) 一种基于二阶ladrc的储能变流器直流母线电压控制方法
CN112217378B (zh) 基于指令前馈的三相lcl型联网变换器复合控制系统及方法
CN107546775B (zh) 用于直流电压控制特性的三相并网mmc静态模型及建立方法
CN114243753A (zh) 一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法
Pan et al. DC-link voltage disturbance rejection strategy of PWM rectifiers based on reduced-order LESO
CN116365580A (zh) 一种海上风电送出系统的短路电流计算模型的建立方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination