專利名稱：一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，需要對網(wǎng)側(cè)脈寬調(diào)制變流器(PWM，PulseWidth Modulation)(簡稱網(wǎng)側(cè)變流器)和機側(cè)脈寬調(diào)制變流器(簡稱機側(cè)變流器)進行很好的控制，以保證直流母線電壓的穩(wěn)定、系統(tǒng)總諧波畸變率滿足工業(yè)要求等。由于控制策略的不全面性，往往控制結(jié)果無法同時滿足多種系統(tǒng)工況，包括穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和動態(tài)響應(yīng)的運行條件。現(xiàn)有技術(shù)方案中，永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用中所采用的控制策略主要有模糊控制，滑膜控制、自適應(yīng)控制與矢量控制等。例如采用矢量控制，系統(tǒng)的最大功率跟蹤功能主要在機側(cè)變流器控制實現(xiàn)，網(wǎng)側(cè)變流器主要實現(xiàn)功率解耦、穩(wěn)定直流母線電壓和保證系統(tǒng)諧波畸變率。在對網(wǎng)側(cè)變流器的電流控制方案中，主要功能是由控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，除了對有功分量和無功分量的解耦控制外，主要是利用比例積分PI控制來得到系統(tǒng)所需要的穩(wěn)定直流電壓，并且已經(jīng)解耦的輸入電流，因此一般是將整個網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)分為兩個環(huán)節(jié)電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制?，F(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)一般包含一個直流母線電壓外環(huán)和兩個電流內(nèi)環(huán)，這樣往往無法滿足系統(tǒng)多種動態(tài)響應(yīng)時輸出電壓總諧波畸變率的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，能夠同時滿足系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求，提高永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性倉泛。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，所述方法包括改進永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略，具體為增設(shè)一個電壓外環(huán)，所增設(shè)的電壓外環(huán)比例積分PI參數(shù)計算為Kp=10，Ki=1000，通過加設(shè)一個電壓外環(huán)PI控制來提高網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)穩(wěn)定冗余性，從而優(yōu)化網(wǎng)側(cè)變流器控制；根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型；基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在改進的控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)；根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器改進的控制策略滿足永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。
所述方法還包括所述網(wǎng)側(cè)變流器采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制；所述機側(cè)變流器采用定子磁鏈定向的矢量控制。所述方法還包括基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在傳統(tǒng)控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)。在仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在傳統(tǒng)控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)之后，所述方法還包括根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器傳統(tǒng)的控制策略在永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)較大階躍響應(yīng)時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)差，無法滿足系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述方法包括改進永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略，具體為增設(shè)一個電壓外環(huán)，所增設(shè)的電壓外環(huán)比例積分PI參數(shù)計算為Kp=10，Ki=IOOO ;根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型；基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在改進的控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)；根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器改進的控制策略滿足永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。所述控制方法能夠同時滿足系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求，提高永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法流程示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所述改進的網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略示意圖；圖4為本發(fā)明實施例所提供的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)傳統(tǒng)控制策略在風(fēng)速階躍變化時系統(tǒng)輸出電壓和總諧波畸變率的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例所提供的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改進控制策略在風(fēng)速階躍變化時系統(tǒng)輸出電壓和總諧波畸變率的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明實施例所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略增設(shè)另一個輸出電壓外環(huán)以保證輸出電壓的總諧波畸變率，構(gòu)成雙電壓外環(huán)和雙電流內(nèi)環(huán)的改進控制策略，同時滿足有功功率決定直流母線電壓幅值、無功功率決定輸出電壓幅值的功率解耦要求，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發(fā)明實施例提供的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法流程示意圖，所述方法包括步驟11 :改進永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略，具體為增設(shè)一個電壓外環(huán)。在該步驟中，現(xiàn)有技術(shù)中永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器一般采用一個電壓外環(huán)、兩個電流內(nèi)環(huán)進行控制，而本發(fā)明實施例所述改進的網(wǎng)側(cè)變流器控制增設(shè)一個電壓外環(huán)，目的在于進一步保證系統(tǒng)的總諧波畸變率，使系統(tǒng)的動態(tài)電壓響應(yīng)的總諧波畸變率滿足工業(yè)要求。具體來說，如圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略示意圖，圖2中包括一個電壓外環(huán)和兩個電流內(nèi)環(huán)，其中PIl為電壓外環(huán)，PI2和PI3為電流內(nèi)環(huán)，SVM表示空間矢量調(diào)制法，2r表示兩相旋轉(zhuǎn),3s表示三相靜止。如圖3所示為本發(fā)明實施例所述改進的網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略示意圖，圖3中增設(shè)了一個電壓外環(huán)，所增設(shè)的電壓外環(huán)比例積分PI參數(shù)計算為Kp=10，Ki=1000，其中Kp是電壓外環(huán)的比例參數(shù)，Ki是積分參數(shù)。通過加設(shè)一個電壓外環(huán)PI控制來提高網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)穩(wěn)定冗余性，從而優(yōu)化網(wǎng)側(cè)變流器控制，而網(wǎng)側(cè)變流器系統(tǒng)無功功率由q軸電流控制，無功功率對系統(tǒng)輸出電壓產(chǎn)生影響，因此這里增設(shè)網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓外環(huán)。目的在于進一步保證系統(tǒng)的總諧波畸變率，使系統(tǒng)的動態(tài)電壓響應(yīng)的總諧波畸變率滿足工業(yè)要求。步驟12 :根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型。 在該步驟12中，永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可參考現(xiàn)有常用模型，具體可根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進一步在電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型，上述永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以包括風(fēng)力機、永磁同步發(fā)電機(凸極機)、雙PWM控制器、電網(wǎng)等，具體來說風(fēng)力機建模風(fēng)力機的輸入功率表達式如下I) = 士 m Vj = 士 (V-，= 士
222(I)式中p為空氣密度，通常情況下，取1. 205kg/m3，S為風(fēng)力機葉片迎風(fēng)掃過的面積，V是空氣進入風(fēng)力機掃掠面之前的風(fēng)速。實際上通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的風(fēng)能不是全部被風(fēng)機所吸收利用，若用風(fēng)能利用系數(shù)Cp表示，則風(fēng)力機的輸出機械功率為P0 = (V) = ^/)、'，'(].
2 ⑵永磁同步發(fā)電機建模永磁同步發(fā)電機電壓的矩陣方程Vabcs = -rsiabcs+p 入 abcs
vqdr = rriqdr+p 入 qdr (3)其中
權(quán)利要求
1.一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述方法包括 改進永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略，具體為增設(shè)一個電壓外環(huán)，所增設(shè)的電壓外環(huán)比例積分PI參數(shù)計算為Kp=10,Ki=IOOO,其中Kp是電壓外環(huán)的比例參數(shù)，Ki是積分參數(shù)； 根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型； 基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在改進的控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)； 根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器改進的控制策略滿足永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述方法還包括 所述網(wǎng)側(cè)變流器采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制； 所述機側(cè)變流器采用定子磁鏈定向的矢量控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述方法還包括 基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在傳統(tǒng)控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法，其特征在于，在仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在傳統(tǒng)控制策略下風(fēng)速恒定的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)速變化的動態(tài)響應(yīng)之后，所述方法還包括 根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器傳統(tǒng)的控制策略在永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)較大階躍響應(yīng)時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)差，無法滿足系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的優(yōu)化控制方法。所述方法包括改進永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略，具體為增設(shè)一個電壓外環(huán)；根據(jù)永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)建立所述永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在RTDS中搭建該永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制模型；基于電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS中所搭建的控制模型，仿真測試所述網(wǎng)側(cè)變流器在改進的控制策略；根據(jù)仿真測試結(jié)果，驗證所述網(wǎng)側(cè)變流器改進的控制策略滿足永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求。所述控制方法能夠同時滿足系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)時系統(tǒng)總諧波畸變率的要求，提高永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能。
文檔編號H02J3/38GK103066625SQ20131003884
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者薛安成, 畢天姝, 陳進美, 楊奇遜 申請人:華北電力大學(xué)