[發明專利]基于內模控制的風電機組并網控制策略

無效

• 申請號: 201110356831.9
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN103107552A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 賈利民;雷濤;韓雪姣
• 申請（專利權）人: 北京能高自動化技術股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于風力發電領域，具體涉及到風力發電機組中的并網變流器控制策略。

背景技術

風力發電機組并網變流器控制策略的研究和改善成為近年來風力發電領域研究的熱點，目前應用最廣泛的是基于電壓外環電流內環的雙閉環并網控制策略。這種傳統的控制策略可以保證變流器中間直流電壓的穩定，但是當考慮并網變流器的直流側輸入功率由于風力機的某些固有特性，例如塔影效應和風切變效應而造成的低頻功率波動時，該控制策略并不能抑制并網功率的波動，從而引起接入點的電壓波動和閃變。

發明內容

鑒于傳統電壓電流雙閉環并網控制策略的不足，本發明在考慮了風力發電機組并網變流器直流側輸入功率存在低頻波動的情況下，利用內模控制基本原理，建立了中間直流電容的功率-電壓模型，并據此設計了內模控制器。基于內模控制的風電機組并網控制策略可以在并網變流器直流側輸入功率存在特定低頻波動的情況下，使并網功率波動得到有效抑制。

為達到上述目的，本發明所述的基于內模控制的風電機組并網控制策略，其技術方案是這樣實現的：

內模控制的輸入為中間直流側電容的電壓參考值，與傳統的電壓電流雙閉環控制策略一樣設為常數值；選取電容的功率參考值作為內模控制器C的輸出變量，同時均作為控制對象Process的輸入和參考模型Model的輸入；將控制對象Process的輸出電壓值和參考模型Model的輸出電壓值之差作為反饋量反饋給輸入的電壓參考值，整個內模控制即可實現。如圖1。

其中內模控制器由濾波器C1和逆控制器C2構成。其中濾波器C1根據控制對象Process中的輸入功率波動進行設計，逆控制器C2根據參考模型Model的逆系統進行設計。

控制對象Process內部所用的控制策略為改進的電流內環控制策略。即由輸入功率減去電容的功率參考值得到并網功率參考值，再由并網功率參考值得到q軸的電流參考值（dq坐標系下q軸定向），進行電流前饋解耦控制，如圖2。

參考模型Model通過非線性系統離散化建立了電容的功率-電壓的離散模型：

其中，?為上一時刻的電壓值，為電容的功率參考值，為采樣時間，為電容值。

濾波器C1采用一階低通濾波器，其結構形式為：

其中時間常數為，為截止頻率，根據輸入功率波動的頻率來設計。

逆控制器C2采用參考模型Model的離散化逆系統進行設計，控制律為：

其中采用濾波器C1的輸出值，采用參考模型Model的前一刻輸出值，為采樣時間，為電容值。

根據以上的設計方法可以得到基于內模控制的風電機組并網控制策略。

附圖說明

圖1：基于內模控制的風電機組并網控制策略的控制原理圖。

圖2：改進的電流內環控制策略的控制原理圖。

具體實施方式

當變流器直流側輸入功率為含有某些特定頻率分量的波動功率時，按照本發明的基于內模控制的風電機組并網控制策略，根據輸入功率波動的頻率來設計濾波器C1，使濾波器的輸出值作為逆控制器C2的輸入值，通過逆控制器C2得到電容的功率參考值。

控制對象Process內部所用的控制策略為改進的電流內環控制策略，具體原理如圖2，生成q軸電流的參考值。電流內環采用q軸定向的dq坐標系下電流前饋解耦控制，最終生成變流器q軸和d軸的控制電壓，經過PWM調制，得到觸發開關管的PWM脈沖，這樣就得到了變流器交流側的真實電壓和直流側電容的真實電壓。

另一方面，通過逆控制器C2得到的電容功率參考值輸入到參考模型Model中得到電容的模型電壓值，通過傳感器測得的電容真實電壓值與模型電壓值之差反饋到輸入電壓參考值，形成完整的內模控制。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明而并非限制本發明所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或者等同的替換；而一切不脫離本發明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。