风电场储能系统谐波控制器及其参数整定方法

摘要

本发明公开了一种风电场储能系统谐波控制器，包括储能系统、DC/DC变换器、电网、双向变流器和SPWM，还包括双闭环控制系统，所述双闭环控制系统包括外环电压PI控制器、内环电流PR控制器、第一比较器和第二比较器；本发明还设计了一种风电场储能系统谐波控制器的参数整定方法；本发明能够在控制储能系统电压和电流稳定的基础上，抑制储能系统向电网注入谐波。

主权项

一种风电场储能系统谐波控制器的参数整定方法，所述风电场储能系统谐波控制器包括储能系统、DC/DC变换器、电网、双向变流器和SPWM，其特征在于，还包括双闭环控制系统，所述双闭环控制系统包括外环电压PI控制器、内环电流PR控制器、第一比较器和第二比较器，其中：所述储能系统通过DC/DC变换器与双向变流器的直流侧连接，所述双向变流器的另一侧与电网连接；所述第一比较器在双向变流器的直流侧提取电压信号U_d与输入的直流电压参考值U_ref进行比较，并将产生的差值ev送入外环电压PI控制器；所述外环电压PI控制器输出电流参考值i_ref，并传输至第二比较器，所述第二比较器提取双向变流器网侧的电流信号i_abc与电流参考值i_ref进行比较，并将产生的差值ei输入内环电流PR控制器，内环电流PR控制器产生驱动信号u_cαβ，并传输至SPWM；所述SPWM对驱动信号u_cαβ进行脉宽调试，对双向变流器直流侧电压信号U_d和网侧电流信号i_abc进行反馈调节，从而实现双闭环控制；其特征在于，所述参数整定方法以劳斯判据为基础，并满足不等式组$\left\{\begin{array}{c}{k}_a>\frac{L{k}_c}{{\mathrm{Ck}}_{\mathrm{pwm}}}\\ \frac{{\mathrm{Ck}}_{\mathrm{pwm}}^2{k}_a^3+L^2{k}_a{k}_d-L(k_{\mathrm{pwm}}{k}_a^2{k}_c+k_a)}{{\mathrm{LCk}}_{\mathrm{pwm}}{k}_a-L^2{k}_c}<k_b<k_a^2{k}_d{k}_{\mathrm{pwm}}\\ k_d<\frac{k_a{k}_c{k}_{\mathrm{pwm}}+1}{L}\\ d_2-\frac{c_{13}{c}_{16}}{c_{14}}>0\end{array}\right.$其中，k_a定义为内环电流PR控制器的比例系数，k_b定义为内环电流PR控制器的谐振系数，k_c定义为外环电压PI控制器的比例系数，k_d定义为外环电压PI控制器的积分系数，w₀定义为谐振频率，L定义为进线电感，C定义为直流滤波电容，k_pwm定义为脉宽调整环节的放大系数；$c_{13}=k_{\mathrm{pwm}}{k}_{b}C+k_{\mathrm{pwm}}{k}_a{k}_c+1-\frac{L{k}_b{k}_c}{k_a}-L{k}_d>0$$c_{14}=(C{k}_a{h}^2{w}_0^2+k_b{k}_c+k_a{k}_d)k_{\mathrm{pwm}}-d_1>0$$c_{16}=k_a{k}_d{h}^2{w}_0^2{k}_{\mathrm{pwm}}>0$$d_1=\frac{k_a^2{k}_{c}C{k}_{\mathrm{pwm}}^2{h}^2{w}_0^2+k_a{k}_b{k}_{d}C{k}_{\mathrm{pwm}}^2+k_{a}C{k}_{\mathrm{pwm}}{h}^2{w}_0^2-k_a{k}_b\mathrm{LC}{h}^2{w}_0^2{k}_{\mathrm{pwm}}}{k_{\mathrm{pwm}}{k}_{b}C+k_{\mathrm{pwm}}{k}_a{k}_c+1-\frac{L{k}_b{k}_c}{k_a}-L{k}_d}$$d_2=k_a{k}_c{k}_{\mathrm{pwm}}{h}^2{w}_0^2+k_{\mathrm{pwm}}{k}_b{k}_d+h^2{w}_0^2-L{k}_d{h}^2{w}_0^2>0$其中，h定义为被补偿的谐波系数5，7，11，13；所述参数整定方法包括如下具体步骤：步骤(1)：系统中L，C，k_pwm为已知值，在此基础上，根据k_c>0选定k_c值，结合不等式计算出k_a的取值范围，并选择k_a值；步骤(2)：将步骤(1)中的k_a和k_c值代入不等式计算出k_d的取值范围，并选择k_d值；步骤(3)：将步骤(1)中的选出的k_a，k_c值代入不等式$\frac{C{k}_{\mathrm{pwm}}^2{k}_a^3+L^2{k}_a{k}_d-L(k_{\mathrm{pwm}}{k}_a^2{k}_c+k_a)}{L{\mathrm{Ck}}_{\mathrm{pwm}}{k}_a-L^2{k}_c}<k_b<k_a^2{k}_d{k}_{\mathrm{pwm}}$中，通过在步骤(2)中确定的取值范围内调整k_d取值，使不等式成立从而计算出k_b的取值范围，并选择k_b值；步骤(4)：将步骤(1)至步骤(3)中选择的k_a，k_b，k_c，k_d值代入不等式通过在步骤(3)中的确定的取值范围内调整k_b的取值，使不等式成立，从而获得一组能够使风电场储能系统稳定的外环电压PI控制器和内环电流PR控制器的参数值。