[發明專利]一種永磁直驅型風力發電系統網側變流器的優化控制方法

有效

• 申請號: 201310038847.4
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103066625A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 薛安成;畢天姝;陳進美;楊奇遜
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術領域

本發明涉及風力發電系統領域，尤其涉及一種永磁直驅型風力發電系統網側變流器的優化控制方法。

背景技術

目前，在永磁直驅型風力發電系統中，需要對網側脈寬調制變流器（PWM，Pulse?Width?Modulation）（簡稱網側變流器）和機側脈寬調制變流器（簡稱機側變流器）進行很好的控制，以保證直流母線電壓的穩定、系統總諧波畸變率滿足工業要求等。由于控制策略的不全面性，往往控制結果無法同時滿足多種系統工況，包括穩態響應和動態響應的運行條件。

現有技術方案中，永磁直驅型風力發電系統在應用中所采用的控制策略主要有：模糊控制，滑膜控制、自適應控制與矢量控制等。例如采用矢量控制，系統的最大功率跟蹤功能主要在機側變流器控制實現，網側變流器主要實現功率解耦、穩定直流母線電壓和保證系統諧波畸變率。在對網側變流器的電流控制方案中，主要功能是由控制系統實現的，除了對有功分量和無功分量的解耦控制外，主要是利用比例積分PI控制來得到系統所需要的穩定直流電壓，并且已經解耦的輸入電流，因此一般是將整個網側變流器的控制系統分為兩個環節：電壓外環控制和電流內環控制。

現有技術中網側變流器的控制系統一般包含一個直流母線電壓外環和兩個電流內環，這樣往往無法滿足系統多種動態響應時輸出電壓總諧波畸變率的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種永磁直驅型風力發電系統網側變流器的優化控制方法，能夠同時滿足系統動態響應時系統總諧波畸變率的要求，提高永磁直驅型風力發電系統性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種永磁直驅型風力發電系統網側變流器的優化控制方法，所述方法包括：

改進永磁直驅型風力發電系統網側變流器的控制策略，具體為增設一個電壓外環，所增設的電壓外環比例積分PI參數計算為：Kp=10，Ki=1000，通過加設一個電壓外環PI控制來提高網側變流器控制系統穩定冗余性，從而優化網側變流器控制；

根據永磁直驅型風力發電系統的傳遞函數建立所述永磁直驅型風力發電系統的數學模型，并在電力系統實時數字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅風力發電系統的控制模型；

基于電力系統實時數字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網側變流器在改進的控制策略下風速恒定的穩態響應和風速變化的動態響應；

根據仿真測試結果，驗證所述網側變流器改進的控制策略滿足永磁直驅型風力發電系統動態響應時系統總諧波畸變率的要求。

所述方法還包括：所述網側變流器采用電網電壓定向的矢量控制；所述機側變流器采用定子磁鏈定向的矢量控制。

所述方法還包括：基于電力系統實時數字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網側變流器在傳統控制策略下風速恒定的穩態響應和風速變化的動態響應。

在仿真測試所述網側變流器在傳統控制策略下風速恒定的穩態響應和風速變化的動態響應之后，所述方法還包括：

根據仿真測試結果，驗證所述網側變流器傳統的控制策略在永磁直驅型風力發電系統出現較大階躍響應時系統的動態響應差，無法滿足系統總諧波畸變率的要求。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，所述方法包括：改進永磁直驅型風力發電系統網側變流器的控制策略，具體為增設一個電壓外環，所增設的電壓外環比例積分PI參數計算為：Kp=10，Ki=1000；根據永磁直驅型風力發電系統的傳遞函數建立所述永磁直驅型風力發電系統的數學模型，并在電力系統實時數字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅風力發電系統的控制模型；基于電力系統實時數字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網側變流器在改進的控制策略下風速恒定的穩態響應和風速變化的動態響應；根據仿真測試結果，驗證所述網側變流器改進的控制策略滿足永磁直驅型風力發電系統動態響應時系統總諧波畸變率的要求。所述控制方法能夠同時滿足系統動態響應時系統總諧波畸變率的要求，提高永磁直驅型風力發電系統性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例提供的永磁直驅型風力發電系統網側變流器的優化控制方法流程示意圖；

圖2為現有技術中傳統網側變流器的控制策略示意圖；

圖3為本發明實施例所述改進的網側變流器的控制策略示意圖；