[发明专利]基于Buck-Boost矩阵变换器的直驱风力发电并网控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种基于Buck-Boost矩阵变换器的直驱风力发电并网控制方法。

背景技术

[0002] 直驱型风力发电目前已成为风力发电系统发展的主流，而作为其中连接风力发电机与电网的并网变换器更是成为研究的重点。目前在直驱型风力发电系统中应用较多的并网变换器有“背靠背双PWM变流器”及“不可控整流+Boost升压+PWM逆变”等方案，它们虽各具有不同的特点，但同时也都存在体积大、成本高、控制复杂的问题。发明内容

为了解决现有基于Buck-Boost矩阵变换器的直驱型风力发电系统控制存在的问题，本发明提供一种基于Buck-Boost矩阵变换器的直驱型风力发电系统并网控制方法。通过本发明可实现并网变换器输出电压与电网电压基本保持一致，从而达到并网控制的要求。

本发明的技术方案包括以下步骤：

采集电网电压信号，取电网电压信号幅值的1.5倍作为直流偏置，再与电网电压信号进行叠加得到电容电压的参考值                                                ；

将该参考值与采集的电容电压实际值进行比较得到电容电压的偏差；

将电容电压的偏差作为PID控制器的输入，进行PID运算得到电容电流的参考值；

检测并网变换器直流侧电压、变换器输出电流，计算电感电流的参考值：；

将电感电流的参考值与电感电流的实际值进行比较得到电感电流的偏差；

将电感电流的偏差作为PID控制器的输入，进行PID运算得到电感电压的参考值；

根据公式计算得到占空比，控制器根据占空比及相应的开关周期输出控制信号控制Buck-Boost DC-DC变换器中对应功率开关的开通时间，从而调节电容电压使其按确定的参考值变化，在并网变换器输出端获得所需的输出电压。

本发明的技术效果在于：本发明以并网变换器中电容电压与电感电流为系统控制变量，根据并网变换器的电路结构并基于局部平均值的概念，应用基尔霍夫定律分别建立其数学模型，再以电网电压信号作为并网控制系统的参考输入，通过对该参考输入进行相关变换以确定电容电压的参考值，在此基础上对电容电压构建基于PID控制的控制闭环可使其按确定的参考值变化，在并网变换器输出端获得与电网电压基本一致的输出电压。本发明具有原理简单、控制精度高、动态性能好的优点，可大大提高基于Buck-Boost矩阵变换器的直驱风力发电并网控制系统的可靠性。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1 为本发明中的三相-三相Buck-Boost矩阵变换器拓扑结构。

图2 为本发明以Buck-Boost矩阵变换器作为直驱型风力发电并网变换器的系统原理框图。

图3 为本发明中的电容电压控制外环原理框图。

图4 为本发明中的电感电流控制内环原理框图。

具体实施方式

参见图1，图1为本发明中的三相-三相Buck-Boost矩阵变换器拓扑结构。针对并网变换器中电容电压与电感电流两个控制变量，分别建立其数学模型，下面以第一相为例建立其数学模型（另两相相同）。

对于电容，以电容电流为中间变量，其数学模型为：

                                                          (1)

                                                (2)

而对于电感，则以电感电压为中间变量，其数学模型为：

                                                    (3)

                                                (4)

上述表达式中，和分别为第一相电容的电压和电流，和分别为第一相电感的电压和电流，和分别为电感和电容的等效电阻，为直流输入电压，为第一相变换器输出电流，为占空比。

确定并网控制系统的参考输入及相关控制变量的参考值。