[发明专利]一种基于H-MMC的风力发电并网系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于H-MMC的风力发电并网系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制，H-MMC电容电压平衡控制，H-MMC桥臂电流跟踪控制；所述风力发电并网系统包括：

三相直驱永磁风力发电机、H-MMC；所述H-MMC包括六个桥臂，各所述桥臂首尾依次连接；各所述桥臂包括N个全桥子模块和一个电抗器，所述N个全桥子模块与所述电抗器依次首尾串联连接，其中N为大于等于2的整数；所述三相直驱永磁风力发电机的三相绕组与工频交流电网的三相交替连接到所述H-MMC的六个顶点上；

所述全桥子模块还包括：第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和电容C；所述电容C的一端分别与所述第一开关管T1的第一端、所述第二开关管T2的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述第三开关管T3的第二端、所述第四开关管T4的第二端连接，所述第一开关管T1的第二端与所述第三开关管T3的第一端连接，所述第二开关管T2的第二端与所述第四开关管T4的第一端连接；

风力发电机最大功率跟踪控制：

给定三相永磁同步发电机的转速参考值ω_ref；给定d轴电流参考值

将三相永磁同步发电机的转速参考值ω_ref与实际转速ω作差后通过第一PI控制器进行调节，得到三相永磁同步发电机q轴电流分量的参考值

和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电流和从而进行最大功率跟踪控制；

网侧电流控制：

实时检测每个桥臂各全桥子模块电容电压值U_{SM_armi,j}，其中，i＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N；

通过公式计算得到H-MMC的子模块电容电压平均值

将与给定的全桥子模块电容电压参考值U_Cref进行比较，其结果经过第二PI控制器进行调节，得到网侧d轴电流参考值给定q轴电流参考值和经过dq-abc坐标变换后得到三相坐标系下的参考电流和

H-MMC电容电压平衡控制：

实时检测奇数桥臂各全桥子模块电容电压值U_armi,j，其中，i＝1,3,5；j＝1,2,3,…，N-1,N，

通过公式计算得到奇数桥臂的子模块电容电压平均值，即

实时检测偶数桥臂各全桥子模块电容电压值U'_armi,j，其中，i＝2,4,6；j＝1,2,3,…，N-1,N，

通过公式计算得到偶数桥臂的子模块电容电压平均值，即

将与比较后，经过第三PI控制器进行调节，得到常数分量环流参考值

实时检测第x桥臂各全桥子模块电容电压值U_{arm_x,SM_j}，其中，x＝1,2,3,4,5,6；j＝1,2,3,…，N-1,N；

通过公式计算得到第x桥臂子模块电容电压平均值

将与给定的全桥子模块电容电压参考值U_Cref进行比较，比较后经过第一P控制器进行调节，调节得到的结果与对应桥臂测到的实时电压v_bx相乘，然后将六个桥臂的结果相加得到环流交流分量参考值与相加得到环流参考值通过控制环流实现H-MMC电容电压平衡控制；

H-MMC桥臂电流跟踪控制：

综合风力发电机最大功率跟踪控制，网侧电流控制和H-MMC电容电压平衡控制的结果，得到桥臂电流参考值为：

其中，x＝1,2,3,4,5,6；

将测到的桥臂实际电流i_x与给定的桥臂电流参考值比较后经过双PR控制器得到各桥臂电压参考值

将实测到的第x桥臂的第n个子模块电容电压值U_cxn与比较后经过第二P控制器进行调节，调节后的结果与桥臂实际电流i_x相乘，得到调制需要的附加电压将与相加后得到各个桥臂子模块的调制电压调制电压经过载波移相调制后得到全桥子模块的开关信号。

2.根据权利要求1所述的基于H-MMC的风力发电并网系统的控制方法，其特征在于，所述第一PI控制器的比例系数为0.48，积分系数为112；所述第二PI控制器的比例系数为0.49，积分系数为102；所述第三PI控制器的比例系数为0.5，积分系数为108；所述第一P控制器的比例系数为0.52；所述第二P控制器的比例系数为0.47；所述双PR控制器中的比例系数为1，所述双PR控制器中的第一谐振系数为10，所述双PR控制器中的第二谐振系数为19，所述双PR控制器中的风力发电机角频率为实测值，所述双PR控制器中的电网角频率为100π，所述双PR控制器中的第一截止角频率为200π，所述双PR控制器中的第二截止角频率为200π；

所述全桥子模块电容电压参考值U_Cref为2500V；

所述转速参考值ω_ref为10.1rpm。