电网电压不平衡情况下PWM变换器恒频直接功率控制方法

摘要

本发明属于风力发电机功率变换装置控制领域，涉及一种电网电压不平衡情况下PWM变换器恒频直接功率控制方法，包括：确定采样频率；采集三相电网电压、三相电网电流和直流侧电压，并分别计算三相静止坐标系中电网电压和电流的合成矢量E和I；电网电压和电流正、负序分量计算；计算瞬时功率和瞬时功率误差；计算变换器参考电压，并对其进行反变换；对变换器参考电压限幅，得到限幅后变换器参考电压合成矢量；采用空间矢量调制算法限幅后变换器参考电压合成矢量进行调制后输出变换器电压。本发明能够更为有效地抑制系统有功功率波动，大幅减小交流侧电流谐波，且输出变换器电压开关频率恒定，使输出滤波器参数设计更加简单。

主权项

1.一种电网电压不平衡情况下PWM变换器恒频直接功率控制方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)确定采样频率；(2)采集三相电网电压、三相电网电流和直流侧电压，并分别计算三相静止坐标系中电网电压和电流的合成矢量E和I；(3)电网电压和电流正、负序分量计算建立双旋转坐标系，将电网电压正、负序分量分别定位在正、负序旋转坐标系的d轴上，d^p和q^p为正序旋转坐标系d、q轴，以角速度ω逆时针旋转；dⁿ和qⁿ为负序旋转坐标系d、q轴，以角速度ω顺时针旋转；为电网正序电压d轴分量；为电网负序电压d轴分量；和为电网正序电流d、q轴分量；和为电网负序电流d、q轴分量；和为旋转坐标系下电网电流正、负序合成矢量；θ^p、θⁿ为正、负序旋转坐标系d轴与A轴夹角；将电网电压分别进行正、负序旋转坐标变换，并将变换后的电网电压经低通滤波处理，得到电网电压的正序分量和负序分量，对电网电流同样依次进行正、负序旋转坐标变换，然后经低通滤波后，即可得到电网电流的正、负序分量；(4)瞬时功率计算按下列公式分别计算有功功率P和无功功率Q，$\left\{\begin{array}{c}P=P_0+P_{c2}\cos ({\theta }^p+{\theta }^n)+P_{s2}\sin ({\theta }^p+{\theta }^n)\\ Q=Q_0+Q_{c2}\cos ({\theta }^p+{\theta }^n)+Q_{s2}\sin ({\theta }^p+{\theta }^n)\end{array}\right.$式中$p_0=1.5(E_d^p{I}_d^p+E_q^p{I}_q^p+E_d^n{I}_d^n+E_q^n{I}_q^n)$$p_{c2}=1.5(E_d^p{I}_d^n+E_q^p{I}_q^n+E_d^n{I}_d^p+E_q^n{I}_q^p)$$p_{s2}=1.5(E_q^n{I}_d^p-E_d^n{I}_q^p-E_q^p{I}_d^n+E_d^p{I}_q^n)$$Q_0=1.5(E_q^p{I}_d^p-E_d^p{I}_q^p+E_q^n{I}_d^n-E_d^n{I}_q^n)$$Q_{c2}=1.5(E_q^p{I}_d^n-E_d^p{I}_q^n+E_q^n{I}_d^p-E_d^n{I}_q^p)$$Q_{s2}=1.5(E_d^p{I}_d^n+E_q^p{I}_q^n-E_d^n{I}_d^p-E_q^n{I}_q^p)$其中，P₀为有功功率直流分量；P_c2为以余弦规律变化的有功功率二倍频分量幅值；P_s2为以正弦规律变化的有功功率二倍频分量幅值；Q₀为无功功率直流分量；Q_c2为以余弦规律变化的无功功率二倍频分量幅值；Q_s2为以正弦规律变化的无功功率二倍频分量幅值；(5)瞬时功率误差计算计算实际直流侧电压与参考值之间的误差，将此误差经PI调节器运算后转换为系统有功功率参考值，即P₀参考值；P_c2、P_s2和Q₀参考值为0，通过与实际的瞬时功率相减后可获得功率误差；(6)变换器参考电压计算根据功率误差参数按照下式计算变换器参考电压$\left\{\begin{array}{c}{U}_d^p=-\frac{2L}{3T_s}\frac{E_d^p\Delta P_0-E_d^n\Delta P_{c2}}{{\left(E_d^p\right)}^2-{\left(E_d^n\right)}^2}+E_d^p+\mathrm{\omega L}{I}_q^p\\ U_q^p=\frac{2L}{3T_s}\frac{E_d^p\Delta Q_0+E_d^n\Delta P_{s2}}{{\left(E_d^p\right)}^2+{\left(E_d^n\right)}^2}-\mathrm{\omega L}{I}_d^p\\ U_d^n=-\frac{2L}{3T_s}\frac{E_d^n\Delta P_0-E_d^p\Delta P_{c2}}{{\left(E_d^n\right)}^2-{\left(E_d^p\right)}^2}+E_d^n-\mathrm{\omega L}{I}_q^n\\ U_q^n=\frac{2L}{3T_s}\frac{E_d^n\Delta Q_0-E_d^p\Delta Q_{s2}}{{\left(E_d^p\right)}^2+{\left(E_d^n\right)}^2}+\mathrm{\omega L}{I}_d^n\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{dq}}^p=U_d^p+j{U}_q^p\\ U_{\mathrm{dq}}^n=U_d^n+j{U}_q^n\end{array}\right.$式中，和为变换器正序参考电压d、q轴分量；和为变换器负序参考电压d、q轴分量；和为旋转坐标系下变换器正、负序参考电压合成矢量；T_s为系统采样周期；ω为电网电压角速度；L为输入侧升压电感；$\left\{\begin{array}{c}\Delta P_0=P_0^{*}-P_0\\ \Delta Q_0=Q_0^{*}-Q_0\\ \Delta P_{s2}=P_{s2}^{*}-P_{s2}\\ \Delta P_{c2}=P_{c2}^{*}-P_{c2}\end{array}\right.,$ΔP₀，ΔQ₀，ΔP_s2和ΔP_c2分别为P₀、Q₀、P_s2、P_c2的参考值与实际值之间的误差；(7)变换器参考电压反变换对旋转坐标系下的变换器正、负序参考电压进行反变换$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\alpha \beta }}^p=e^{j{\theta }^p}{U}_{\mathrm{dq}}^p\\ U_{\mathrm{\alpha \beta }}^p=U_{\alpha }^p+j{U}_{\beta }^p\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\alpha \beta }}^n=e^{-j{\theta }^n}{U}_{\mathrm{dq}}^n\\ U_{\mathrm{\alpha \beta }}^n=U_{\alpha }^n+j{U}_{\beta }^n\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\alpha }=U_{\alpha }^p{+U}_{\alpha }^n\\ U_{\beta }=U_{\beta }^p+U_{\beta }^n\end{array}\right.$式中，和为变换器正序参考电压α、β轴分量；和为变换器负序参考电压α、β轴分量；和为两相静止坐标系下变换器正、负序参考电压合成矢量；U_α和U_β为两相静止坐标系下变换器参考电压α、β轴分量；(8)电压限幅根据变换器能输出的最高电压，对两相静止坐标系下变换器参考电压α、β轴分量U_α和U_β进行限幅，限幅后再将电压合成，得到限幅后变换器参考电压合成矢量；(9)采用空间矢量调制算法对限幅后变换器参考电压合成矢量进行调制后输出变换器电压。