[发明专利]基于LCL滤波器双定向坐标变换的三相PWM变换器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电输电系统的控制技术，具体是一种基于LCL滤波器双向坐标变换的三相PWM变换器控制方法。

背景技术

风电机组中，变流器是完成电能转换的重要部件，它调节发电机发出的电能，将满足并网要求的电能馈入电网。变流器系统的性能决定着馈入电网电能的质量，而变流器一般是由两个背靠背的PWM变换器组成。从根源上考虑，PWM变换器的性能好坏是风电机组的并网发电性能一个重要指标。

PWM变换器在电力电子、新能源领域的应用非常广泛，其基本原理是通过对连接直流侧与交流侧之间开关管的控制，以PWM波的形式完成直流侧与交流侧能量的传递，但它会导致交流侧电流中含有较高成份的开关频率周围的谐波。为了降低注入电网中电流的谐波，在变换器电网侧接入LCL滤波器是一种常用手段，相比L滤波，它能用较低的总电感值，获得较好的高次谐波滤除效果。

目前常用的基于LCL滤波器的PWM变换器一般无法直接控制电网侧的无功功率或功率因数，在一些对网侧功率因数有要求的场合，如全功率风电机组中的全功率变流器，其电网侧变换器需要直接控制风电机组输入电网的无功功率。再如双馈型风电变流器，在正常运行中网侧变换器需要根据不同情况工作于整流状态或逆变状态，在这两种状态下，都需要对输入电网的无功功率进行控制。

因此，研究一种新型的基于LCL滤波器的三相PWM变换器的控制方法具有重要的理论意义和实际价值。

行业内已经对基于LCL滤波器的三相PWM变换器的控制方法有了一些研究，专利《一种LCL滤波的三相PWM整流器三环控制方法》（公开号：CN102437753A）、《基于LCL滤波的电压型有源整流器稳定控制系统及方法》（公开号：CN101141100A）、《一种LCL滤波并网逆变器的双电流环控制方法》（公开号：CN102340257A）、一种带有LCL滤波器的并网逆变器的电容电流前馈控制方法》（公开号：CN102075108A）都提出了基于LCL滤波的三相PWM整流器的控制方法。这些控制方法存在的缺陷是，功率因数或无功功率的控制步骤复杂或未直接控制，影响了三相PWM整流器的控制效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种简单有效、稳定可靠、可准确控制电网无功功率的基于LCL滤波的三相PWM变换器的控制方法。

本发明的基于LCL滤波的三相PWM变换器的控制方法是：

该方法所应用的三相PWM变换器主回路包括有LCL滤波器、IGBT变换桥、直流侧支撑电容及负载；其控制过程包括以下步骤：

步骤一，对电网电压e进行坐标变换和锁相处理，获得电网电压e在两相旋转坐标下的e_d和相角θ₂，网侧电流i₂基于电网电压e的相角θ₂定向，获得i_2d、i_2q，对给定参考无功功率Q^*与e_d运算后获得网侧参考q轴电流分量i_2q^*；将i_2q和i_2q^*比较后的误差信号送给第一组比例积分控制器PI₁，第一组比例积分控制器PI₁的输出作为PWM变换器交流侧电流i_1q的给定信号，标记为i_1q^*；直流侧电压输出与直流侧电压给定值比较后的误差信号送给第二组比例积分控制器PI₂，第二组比例积分控制器PI₂的输出作为PWM变换器交流侧电流i_1d的给定信号，标记为i_1d^*；

步骤二，对LCL滤波器中电容电压u_c进行坐标变换和锁相处理，获得电容电压u_c在两相旋转坐标系下的dq轴分量u_cd、u_cq和相角θ₁，PWM变换器的交流侧电流i₁依据电容电压u_c的相角θ₁定向，获得PWM变换器侧电流i₁的在两相旋转坐标系下的dq轴分量i_1d、i_1q；