[發明專利]直流母線電壓控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201611270537.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108258711B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 張一博;張國駒
• 申請（專利權）人: 北京天源科創風電技術有限責任公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 彭瓊

本發明公開了一種直流母線電壓控制系統及其控制方法，涉及風力發電領域。直流母線電壓控制系統包括：依次串接的直流電壓調節模塊、電流控制模塊、直流側模塊和制動狀態前饋模塊，直流側電壓V_dc與制動狀態參數D_c相乘后，輸入到制動狀態前饋模塊，制動狀態前饋模塊的輸出作為制動補償電流I_c，制動補償電流I_c以前饋形式饋入電流控制模塊和直流側模塊之間的電流補償節點，與電流控制模塊的輸出I_d做差后輸入直流側模塊；制動狀態參數D_c為表征直流側制動裝置動作狀態的動態參數；制動狀態前饋模塊為根據制動狀態參數D_c計算補償電流的運算模塊。解決了電壓調節的動態過程中直流電壓大范圍波動的問題。

技術領域

本發明涉及風力發電領域，特別是涉及直流母線電壓的控制系統和控制方法。

背景技術

隨著風力發電裝機容量的不斷提高，風電在電網中所占的比例日益增大，并網風電系統與電網之間的相互影響也越來越大，為了在風電系統或者電網電壓發生波動時使二者的相互影響減小，要求風電系統有較強的電壓穿越能力。以永磁直驅式風力發電系統為例，通過控制直流母線電壓的恒值控制來實現風力發電系統的機側和網側的電壓匹配是一種很好的控制手段。

現有技術公開了一種控制方案，其控制系統結構如圖1所示。其中，風電系統采用了雙PWM(pulse width modulation，脈沖寬度調制)變換器結構，變換器中間的直流環節用以實現前后兩個變換器的解耦，直流環節由電容器C實現。

直流環節的作用在于，使網側和機側的變換器的控制可以相互獨立，當網側出現輕微故障時，可以通過對網側變換器的調節控制直流母線電壓穩定而不影響機側變換器的控制；反之，電機側出現非正常運行時，只要通過電機側的變換器控制即可保證最大風能跟蹤即MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)的實現，對于網側變換器只相當于一個負載擾動，如此實現功率的雙向流動，對電網故障由一定的適應能力。同時，為了防止直流母線的電壓過高，在直流環節加入了“卸荷電路”，“卸荷電路”由開關功率器件和一電阻串聯構成，其控制方式為，當直流母線電壓超出限定值時，開關功率器件導通，從而調節直流電壓接近給定值。

在圖1的控制系統中，發電機側PWM變換器的控制器由MPPT、電流控制模塊和SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空間矢量脈寬調制)模塊串接實現；電網側PWM變換器的控制器由電壓控制模塊、電流控制模塊、SVPWM模塊串接實現；卸荷電路控制器則為單獨的PI控制模塊。其中，卸荷電路控制器的一種實施方式如圖2所示，功率器件的輸入端/輸出端與電阻串聯后，并聯接于電容C的兩端。卸荷電路控制器包括PI調節器(即比例積分調節器)和比較器，由直流環節電壓檢測值U_dc與故障狀態時的參考電壓U_{dc_ref}比較后生成差值信號ΔU_dc，經PI調節器后送入比較器的一個輸入端，比較器的另一個輸入端輸入時鐘脈沖信號，比較器的輸出端連接功率器件的控制端。通過控制功率器件的導通和關斷，從而調節直流電壓接近設定值。

以圖1、圖2所示的控制系統結構為代表，現有的直流母線電壓控制策略中，對于母線電壓的異常波動都是采用單電壓環控制的方式，這種控制結構中，當直流母線電壓出現波動時，這種變動對于整個控制系統來說作為擾動而存在。并且，由于變流器直流控制環缺少能夠反映卸荷電路對直流電壓影響的環節，在卸荷電路工作時直流控制環不能夠準確調節直流電壓，在直流電壓調節的動態過程中，卸荷電路的功率器件由于直流電壓的波動會反復通斷，引起直流電壓大范圍波動。

發明內容

鑒于以上所述的一個或多個問題，本發明提供了一種直流母線電壓控制器及其控制方法。旨在減少非正常運行狀態出現后電壓調節過程中的直流側電壓振蕩，防止系統不穩定。