电网电压不平衡下网侧变换器无差拍功率控制方法

摘要

本发明属于风力发电系统功率变换器控制领域，涉及一种电网电压不平衡下网侧变换器无差拍功率控制方法，包括：检测网侧变换器的三相电网电压，三相交流侧电流与直流侧电压；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与交流侧电流采样值，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；计算有功功率参考值；计算得到交流侧电流参考值；计算无差拍功率控制的变换器交流侧电压；为补偿计算与控制过程中的时间延迟，提前预测下一时刻的变换器交流侧电压,并作为控制电压；得到控制功率器件的开关信号，用来控制功率开关器件的通断顺序与通断时间。本发明可有效控制网侧变换器在电网电压不平衡条件下具有良好的动静态特性，保证风力发电机组可靠并网运行。

主权项

一种电网电压不平衡下网侧变换器无差拍功率控制方法，包括下列步骤：(1)检测网侧变换器当前时刻即第k时刻的三相电网电压，三相交流侧电流与直流侧电压；(2)将步骤(1)得到的三相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)，并将两相静止坐标系下的电网电压采样值u_gα(k)、u_gβ(k)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)检测到的直流侧电压值做差，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)得到的两相静止坐标系下的电网电压采样值、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：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}\left(k\right)=-m\left(k\right)u_{\mathrm{g\beta }}^{\prime }\left(k\right)+n\left(k\right)u_{\mathrm{g\alpha }}^{\prime }\left(k\right)\\ i_{\mathrm{g\beta }}^{*}\left(k\right)=m\left(k\right)u_{\mathrm{g\alpha }}^{\prime }\left(k\right)+n\left(k\right)u_{\mathrm{g\beta }}^{\prime }\left(k\right)\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}m\left(k\right)=\frac{{2P}^{*}\left(k\right)}{3[u_{\mathrm{g\alpha }}^{\prime }\left(k\right)u_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)-u_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)u_{\mathrm{g\beta }}^{\prime }\left(k\right)]}\\ n\left(k\right)=\frac{1-\sqrt{1-{4\omega }^2{L}_g^2{m}^2\left(k\right)}}{{2\mathrm{\omega L}}_g}\end{array}\right.$式中，L_g为滤波电抗器的电感值，ω为电网电压角频率；(5)将步骤(1)得到的三相电网电压采样值、三相交流侧电流采样值和步骤(4)得到的交流侧电流参考值作为无差拍功率控制器的输入量，计算得到变换器交流侧电压u_cα(k)、u_cβ(k)，无差拍控制计算公式为$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{c\alpha }}\left(k\right)=u_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)-\frac{L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}(k+1)-\frac{R_g{T}_s-L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)\\ u_{\mathrm{c\beta }}\left(k\right)=u_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)-\frac{L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\beta }}^{*}(k+1)-\frac{R_g{T}_s-L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)\end{array}\right.$式中，T_s为采样频率，R_g为滤波电抗器的等效电阻；(6)为补偿计算与控制过程中的时间延迟，需提前预测第k+1时刻的变换器交流侧电压u_cα(k+1)、u_cβ(k+1)并作为控制电压，计算公式为$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{c\alpha }}(k+1)=u_{\mathrm{g\alpha }}(k+1)-\frac{L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}(k+2)-\frac{R_g{T}_s-L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\alpha }}(k+1)\\ u_{\mathrm{c\beta }}(k+1)=u_{\mathrm{g\beta }}(k+1)-\frac{L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\beta }}^{*}(k+2)-\frac{R_g{T}_s-L_g}{T_s}{i}_{\mathrm{g\beta }}(k+1)\end{array}\right.$上式用到的第k+1时刻的电网电压采样值u_gα(k+1)、u_gβ(k+1)，第k+1时刻的交流侧电流采样值i_gα(k+1)、i_gβ(k+1)与第k+2时刻的交流侧电流参考值在第k时刻是未知的，需提前进行预测，根据各变量的不同情况其预测公式分别为$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{g\alpha }}(k+1)=u_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)\\ u_{\mathrm{g\beta }}(k+1)=u_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}(k+1)=\frac{T_s}{L_g}[u_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)-u_{\mathrm{c\alpha }}\left(k\right)]-\frac{R_g{T}_s-L_g}{L_g}{i}_{\mathrm{g\alpha }}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{g\beta }}(k+1)=\frac{T_s}{L_g}[u_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)-u_{\mathrm{c\beta }}\left(k\right)]-\frac{R_g{T}_s-L_g}{L_g}{i}_{\mathrm{g\beta }}\left(k\right)\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}(k+2)={3i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}(k+1)-{3i}_{\mathrm{g\alpha }}^{*}\left(k\right)+i_{\mathrm{g\alpha }}^{*}(k-1)\\ i_{\mathrm{g\beta }}^{*}(k+2)={3i}_{\mathrm{g\beta }}^{*}(k+1)-{3i}_{\mathrm{g\beta }}^{*}\left(k\right)+i_{\mathrm{g\beta }}^{*}(k-1)\end{array}\right.$(7)将步骤(6)得到的控制电压经2/3坐标变换与空间矢量脉宽调制后得到控制功率器件的开关信号S_a,b,c(k+1)，用来控制功率开关器件的通断顺序与通断时间。