抑制风电并网用全功率变流器谐波电流控制方法及控制器

摘要

抑制风电并网用全功率变流器谐波电流控制方法及控制器，采集并网变流器的三相电流和三相电压，将采集到的网侧三相电流信号经静止三相坐标系到同步、5倍、7倍、11倍和13倍旋转坐标系恒功率变换，再经低通滤波得到dq轴分量；采用电网电压定向矢量控制方式得到dq轴控制电压，控制电压经同步、5倍、7倍、11倍和13倍旋转坐标系到静止三相坐标系的恒功率变换得到基波控制电压以及5、7、11、13次谐波三相控制电压，将基波控制电压与5、7、11、13次谐波三相控制电压相加得到最终控制电压，最终控制电压经调制后获得控制开关信号，从而实现了5、7、11、13次谐波电流的精确控制。

主权项

1.一种抑制风电并网用全功率变流器谐波电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采集并网变流器的三相电流i_ga，i_gb，i_gc：（2）采集电网三相电压u_ga，u_gb，u_gc；（3）三相电网电压信号u_ga，u_gb，u_gc经静止三相abc坐标系变换到静止两相αβ坐标轴坐标系恒功率变换，得到αβ轴坐标系下的电压e_α，e_β，$\left[\begin{array}{c}{e}_{\alpha }\\ e_{\beta }\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \sqrt{\frac{3}{4}}& -\sqrt{\frac{3}{4}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{ga}}\\ u_{\mathrm{gb}}\\ u_{\mathrm{gc}}\end{array}\right]$电网电压定向，得到电网电压e_gd和电网电角度θ_g，$e_{\mathrm{gd}}=\sqrt{e_{\alpha }^2+e_{\beta }^2},{\theta }_g=\arctan \frac{e_{\beta }}{e_{\alpha }}$（4）将采集得到的网侧变流器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到同步旋转坐标系恒功率变换后，再经过低通滤波器滤波，得到基波电流dq轴分量i_gd1和i_gq1；将采集得到的网侧变流器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到5倍同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，再经过低通滤波器滤波，得到5倍同步角速度旋转坐标系下电流的dq轴分量i_gd5和i_gq5；将采集得到的网侧变流器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到7倍同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，再经过低通滤波器滤波，得到7倍同步角速度旋转坐标系下电流dq轴分量i_gd7和i_gq7；其中，静止abc三相坐标系到7倍同步角速度旋转坐标系的恒功率变换为：将采集得到的网侧变流器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到11倍同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，再经过低通滤波器滤波，得到11倍同步角速度旋转坐标系下电流dq轴分量i_gd11和i_gq11；将采集得到的网侧变流器三相电流信号i_ga，i_gb，i_gc经静止abc三相坐标系到13倍同步角速度旋转坐标系的恒功率变换后，再经过低通滤波器滤波，得到13倍同步角速度旋转坐标系下电流dq轴分量i_gd13和i_gq13；（5）由基波控制回路电压外环PI输出得到基波控制回路电流内环d轴电流给定值，电流内环q轴给定值为0，其计算式为；$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{gd}1}^{*}=(K_p+K_i/s)(U_{\mathrm{dc}}^{*}-U_{\mathrm{dc}})\\ i_{\mathrm{gq}1}^{*}=0\end{array}\right.$其中，K_p和K_i分别为基波控制回路电压外环dq轴PI调节器比例系数和积分系数；（6）采用电网电压定向的矢量控制方式，通过d、q轴电流给定以及步骤（4）得到的i_gd1、i_gq1，由基波控制方程得到d、q轴控制电压u_cd1和u_cq1，$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{cd}1}=U_{\mathrm{cd}1}^{\prime }+{\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{cd}1}=-(K_{p1}+K_{i1}/s)(i_{\mathrm{gd}1}^{*}-i_{\mathrm{gd}1})+\omega L_g{i}_{\mathrm{gq}1}+e_{\mathrm{gd}}\\ u_{\mathrm{cq}1}=U_{\mathrm{cq}1}^{\prime }+{\mathrm{\Delta U}}_{\mathrm{cq}1}=-(K_{p1}+K_{i1}/s)(i_{\mathrm{gq}1}^{*}-i_{\mathrm{gq}1})-\omega L_g{i}_{\mathrm{gd}1}\end{array}\right.$其中，K_p1和K_i1分别为基波控制回路电流内环dq轴PI调节器比例系数和积分系数；ω为同步旋转角速度，L_ｇ为进线电抗器电感；（7）将计算得到的基波电流dq轴控制电压分量u_cd1和u_cq1经由同步旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换后得到基波电流三相控制电压u_cabc1；其中：同步旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换为：（8）将5、7、11、13次谐波电流dq轴分量给定值都设为0，经过5、7、11、13次谐波电流控制方程，$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{cd}5}=-5\omega L_g(K_{p5}+K_{i5}/s)(i_{\mathrm{gq}5}^{*}-i_{\mathrm{gq}5})\\ u_{\mathrm{cq}5}=5\omega L_g(K_{p5}+K_{i5}/s)(i_{\mathrm{gd}5}^{*}-i_{\mathrm{gd}5})\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{cd}7}=7\omega L_g(K_{p7}+K_{i7}/s)(i_{\mathrm{gq}7}^{*}-i_{\mathrm{gq}7})\\ u_{\mathrm{cq}7}=-7\omega L_g(K_{p7}+K_{i7}/s)(i_{\mathrm{gd}7}^{*}-i_{\mathrm{gd}7})\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{cd}11}=-11\omega L_g(K_{p11}+K_{i11}/s)(i_{\mathrm{gq}11}^{*}-i_{\mathrm{gq}11})\\ u_{\mathrm{cq}11}=11\omega L_g(K_{p11}+K_{i11}/s)(i_{\mathrm{gd}11}^{*}-i_{\mathrm{gd}11})\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{cd}13}=13\omega L_g(K_{p13}+K_{i13}/s)(i_{\mathrm{gq}13}^{*}-i_{\mathrm{gq}13})\\ u_{\mathrm{cq}13}=-13\omega L_g(K_{p13}+K_{i13}/s)(i_{\mathrm{gd}13}^{*}-i_{\mathrm{gd}13})\end{array}\right.$分别得到5、7、11、13次谐波补偿电压dq轴分量；其中：K_p5、K_p7、K_p11、K_p13和K_i5、K_i7、K_i11、K_i13分别为5、7、11、13次谐波电流控制回路dq轴PI调节器比例系数和积分系数；（9）将5次谐波电流抑制所需d、q轴谐波补偿电压分量u_cd5、u_cq5经5倍同步角速度旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换，得到5次谐波电流抑制所需的谐波三相控制电压u_cabc5：将7次谐波电流抑制所需d、q轴谐波补偿电压分量u_cd7、u_cq7经7倍同步角速度旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换，得到7次谐波电流抑制所需的谐波三相控制电压u_cabc7：将11次谐波电流抑制所需d、q轴谐波补偿电压分量u_cd11、u_cq11经11倍同步角速度旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换，得到11次谐波电流抑制所需的谐波三相控制电压u_cabc11：将13次谐波电流抑制所需d、q轴谐波补偿电压分量u_cd13、u_cq13经13倍同步角速度旋转坐标系到静止abc三相坐标系的恒功率变换，得到13次谐波电流抑制所需的谐波三相控制电压u_cabc13：（10）将基波控制电压u_cabc1与所述第(9)步得到5、7、11、13次谐波三相控制电压u_cabc5、u_cabc7、u_cabc11、u_cabc13相加得到网侧变换器最终控制电压u_ca、u_cb、u_cc；（11）将最终控制电压u_ca、u_cb、u_cc经空间矢量脉宽调制模块调制后获得控制电网侧变换器的开关信号。