[发明专利]一种无锁相环的双馈发电机网侧变流器直接电压控制方法

说明书

技术领域

本发明属于发电、变电或配电领域，尤其是涉及一种无锁相环的双馈发电机网侧变流器直接电压控制方法。 

背景技术

在现有的技术中，风力发电发展迅速，各种技术日趋完善。双馈发电机作为风电机组的主要部件之一，采用背靠背双PWM变流器来实现其变速恒频发电。双PWM变流器包括网侧变流器和机侧变流器。网侧变流器的控制关系到直流母线电压的稳定和安全、网侧变流器注入电网的功率因数。针对网侧变流器的控制，目前现有的有传统矢量控制技术和直接功率控制技术。传统矢量控制技术通常采取电网电压定向、虚拟电网磁链定向等，通过同步旋转变换，在dq旋转坐标系下达到有功分量和无功分量的解耦控制。有功分量的控制采用双闭环，外环为直流母线电压环，内环为有功电流环；无功分量的控制采用单电流环，直接给定为无功电流。控制所用到的电网电压的同步旋转角速度ω及旋转变换用到的θ角的正弦和余弦三角函数sinθ_cosθ通过软件锁相环或者硬件锁相环PLL得到。直接功率控制技术采用和传统矢量控制相似的思路：采取电网电压定向、虚拟电网磁链定向等，通过同步旋转变换，在dq旋转坐标系下达到有功分量和无功分量的解耦控制。有功分量的双闭环为外环直流母线电压环、内环有功功率环；无功分量单闭环为无功功率环，控制所用到的电网电压的同步旋转角速度ω及旋转变换用到的θ角的正弦和余弦三角函数sinθ_cosθ通过软件锁相环或者硬件锁相环PLL得到。综上，这两种控制方法的相同之处在于：有功分量的控制都采用双闭环；无功分量的控制采用单闭环；均在同步旋转dq坐标系下实现有功和无功的解耦控制；旋转变换用到的θ角的正弦和余弦三角函数sinθ_cosθ及解耦控制中电网电压的同步旋转角速度ω都由PLL得到。不同之处在于：传统矢量控制技术实质上控制的是网侧变流器和电网之间交换的电流，而直接功率控制技术控制的是网侧变流器和电网之间交换的功率。 

上述所说现有传统矢量控制技术和直接功率控制技术有如下技术问题需要改进： 

1.有功分量的控制采用双闭环，外环为直流母线电压环，内环为功率环或者电流环，需要两个PI控制器，控制器参数至少4个，会增加系统调试的难度和复杂度；而且当给定发生变化时，两个PI控制器有两个动态调节过程，会影响系统的动态性能；最后参数的不合理配置也可能影响系统的可靠性。 

2.控制效果依赖锁相环，锁相环的动态特性可能影响控制效果的动态特性。 锁相环内部含有PI控制器，其参数的调试以及其对整个系统控制效果的影响很大。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种发电领域的供电的电路系统，尤其适合用于一种交流干线或交流配电网络的电路装置。 

为解决上述技术问题，本发明采用的步骤是： 

第一步， 

推导得出电网电压的同步旋转角速度ω， 

推导得出用于旋转变换的θ角的正弦和余弦三角函数sinθ_cosθ， 

第二步， 

根据网侧变流器的拓扑关系得出三相电压方程； 

依次通过电压方程、功率方程推导出网侧变流器送入电网的有功分量控制器的输入功率P_g和无功分量控制器的输入功率Q_g， 

推导出网侧变流器控制电压与直流母线电压之间的关系是双馈发电机网侧变频器直接控制电压是解耦项和补偿项的和； 

第三步， 

直流母线电压给定值的平方与直流母线电压测量值的平方求差，得到误差值，送入PI控制器，经PI控制器得到解耦项，其与补偿项相加，便得到控制电压的d轴分量； 

第四步， 

无功功率给定值与无功功率测量值的求差，得到误差值，送入PI控制器，经PI控制器得到解耦项，其与补偿项相加，便得到控制电压的q轴分量； 

第五步， 

d、q轴控制电压送入PWM信号生成模块，生成PWM信号并输出给IGBT单元。 

进一步，所述电网电压的同步旋转角速度ω的公式是：