[发明专利]电网电压不平衡下网侧变换器无差拍功率控制方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种电网电压不平衡下网侧变换器的控制方法，适用于风力发电系统功率变换器控制领域。

背景技术

网侧变换器由于具有交流侧电流正弦、功率因数可控、能量双向流动等特点广泛应用于分布式风力发电系统中。风力发电机组经功率变换器与电网相连，电网电压不平衡时功率变换器特别是网侧变换器的控制效果直接影响风力发电系统的性能与效率。不平衡电网电压将造成网侧变换器的交流侧电流畸变、直流侧电压产生二倍频波动，这将影响转子侧变换器的控制性能，进而影响风力发电机组的运行状态。

电网电压不平衡下风力发电系统网侧变换器所采用的控制策略应保证交流侧电流正弦、直流侧电压无波动。目前根据瞬时功率理论分析计算的控制策略大多通过控制网侧变换器网侧有功功率恒定、平均无功功率为零来得到正弦的交流侧电流，但由于受到滤波电抗器上功率波动的影响，变换器交流侧有功功率存在二倍频振荡，导致直流侧电压具有较大的波动。直接控制变换器交流侧有功功率恒定理论上可消除直流侧电压波动。但参考电流一般采用交流侧电压进行计算，该电压由电流内环控制器计算得到，存在大量的开关谐波，计算出的参考电流误差较大，同时参考电流与交流侧电压之间的耦合作用导致误差累积。以此参考电流为基础设计的控制器控制得到的直流侧电压仍具有一定的波动并且交流侧电流存在大量谐波。因此有必要寻求一种新的参考电流计算方法同时保证直流侧电压恒定与交流侧电流正弦。

除了良好的稳态性能外，快速的动态特性也是网侧变换器控制策略设计时需要考虑的重要因素，以减小系统动态调节时间，维护设备安全。传统的比例积分（proportional-integral，PI）控制器和比例谐振（proportional-resonant，PR）控制器虽然具有良好的稳态跟踪特性，但动态响应较慢，参数调节复杂。全数字化的无差拍控制器可以对交、直流量实现准确跟踪，无需参数调节并且具有快速的动态响应特性，对动静态性能要求都比较高的网侧变换器来说是一种很好的选择。此外，传统控制策略大多都是基于正、负序两套同步旋转坐标系下，需要旋转坐标变换、正负序分解与锁相环节，计算与控制过程都比较复杂。因此有必要设计一种新的无差拍控制方法，将其应用到电网电压不平衡下风力发电系统网侧变换器的控制中，有效抑制交流侧电流畸变与直流侧电压波动，同时简化控制算法、提高暂态特性。

发明内容

本发明目的在于解决电网电压不平衡故障下风力发电系统网侧变换器的现有问题，提供一种基于两相静止坐标系下的无差拍功率控制方法，该方法可有效抑制网侧变换器交流侧电流畸变与直流侧电压波动，同时提高系统的动态响应能力，以满足电网电压不平衡时风力发电系统对网侧变换器的动静态性能要求，保证风力发电机组可靠并网运行。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

(1)检测网侧变换器当前时刻（第k时刻）的三相电网电压u_ga(k)、u_gb(k)、u_gc(k)，三相交流侧电流i_ga(k)、i_gb(k)、i_gc(k)与直流侧电压u_dc(k)；

(2)将步骤(1)得到的电网电压采样值与三相交流侧电流采样值经3/2坐标变换得到两相静止坐标系下的电网电压采样值u_gα(k)、u_gβ(k)与交流侧电流采样值i_gα(k)、i_gβ(k)，并将电网电压采样值延迟四分之一电网周期后得到电网电压延迟量u′_gα(k)、u′_gβ(k)；

(3)将直流侧电压参考值与步骤(1)得到的直流侧电压采样值做差，经过比例积分控制器得到的输出量再与直流侧电压参考值相乘得到有功功率参考值P^*(k)；

(4)将步骤(2)得到的电网电压采样值、电网电压延迟量和步骤(3)得到有功功率参考值作为参考电流计算模块的输入量，计算得到交流侧电流参考值计算公式为