一种双馈风力发电网侧变流器的控制系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CN103166247B(45)授权公告日(45)授权公告日2015.03.11(21)申请号201310084597.8(56)对比文件CN102916599A,2013.02.06,(22)申请日2013.03.15WO2011/113219A1,2011.09.22,(73)专利权人东方电气集团东方汽轮机有限公李玉玲等.基于模型预测控制的单位功司率因数电流型PWM整流器.《中国电机工程学地址618000四川省德阳市高新技术产业园报》.2006,第26卷(第19期),第60-64页.区金沙江西路666号审查员徐东星专利权人四川东方电气自动控制工程有限公司(72)发明人李华银杜睿闵泽生陈建国蒋弛雷徐其惠苏昭辉王波辛旺(74)专利代理机构成都蓉信三星专利事务所(普通合伙)51106代理人刘克勤段雪茵(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称一种双馈风力发电网侧变流器的控制系统及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种双馈风力发电网侧变流器的控制系统及其控制方法，包括：模型预测控制模块和空间矢量调制模块。模型预测控制模块根据网侧变流器的dq轴电流与dq轴控制电压间的传递函数，离散化后获得PWM-VSR的一阶差分方程作为预测控制模型，结合反馈校正、滚动优化实时在线计算出网侧变流器的控制电压；空间矢量调制模块根据上述控制电压生成网侧变流器运行的开关信号，控制其并网运行。本发明可以消除网侧变流器电压、电流采样延时所带来的控制电压滞后的影响，实现网侧dq轴电流完全解耦，同时能够克服网侧电感参数对系统的稳定性、动态响应所带来的不益影响，使得三相输入电流有效跟踪输入电网电压相位，保证了网侧变流器运行于高功率因数状态。CN103166247BCN103166247B权利要求书1/2页1.一种双馈风力发电网侧变流器的控制系统，其特征在于，所述网侧变流器是电压型PWM整流器，所述网侧变流器的控制系统包括以下两个部分：模块一、改进的网侧电流离散模型预测控制器模块；模块二、改进的空间矢量调制模块；具体的：模块一包括模型预测单元、反馈校正单元和滚动优化单元；模型预测单元根据当前K时刻输出的三相网侧电流，通过dq坐标变换后，实时在线计算出K+1时刻dq轴预测控制模型输出电流值；反馈校正单元计算出实测系统输出电流与dq轴预测控制模型输出电流值的偏差，并进行反馈校正后，得到系统预测输出电流值；滚动优化单元中将系统预测输出电流值与K+1时刻的电流给定值进行比较，通过最小化开环二次型性能指标函数，以确定最优控制电压序列；模块二根据模块一计算出的网侧变流器的控制电压，生成网侧变流器运行的开关信号，控制网侧变流器并网运行；所述模型预测单元内部含有网侧变流器的预测控制模型，该预测控制模型的被控变量是d轴电流和q轴电流，操作变量是d轴控制电压和q轴控制电压；被控变量与操作变量的传递函数离散化，获得一阶差分方程作为网侧变流器的预测控制模型，所述电压型PWM整流器的一阶差分方程为：Igdm(k+1)＝-a1Igdp(k)-b1Ugd(k)+c1Ugq(k)+b1Egd(k)Igqm(k+1)＝-a1Igqp(k)-b1Ugq(k)-c1Ugd(k)+c1Egq(k)其中，Ts为采样周期；R1为网侧电阻，L1为网侧电感，ω为电网电压的角频率；Igdm(k+1)为d轴电流环的k+1时刻预测控制模型的输出值，Igqm(k+1)为q轴电流环的k+1时刻预测控制模型的输出值，Igdp(k)为k时刻d轴预测控制模型的输出值经反馈校正后的输出值，Igqp(k)为k时刻q轴预测控制模型的输出值经反馈校正后的输出值；Ugd(k)、Ugq(k)分别为d轴和q轴电流环的k时刻控制电压；Egd(k)、Egq(k)分别为k时刻d轴和q轴的电网电压。2.根据权利要求1所述双馈风力发电网侧变流器的控制系统，其特征在于，所述反馈校正单元内的反馈校正模型为：Igdqp(k+1)＝Igdqm(k+1)+he(k)e(k)＝Igdq(k)-Igdqm(k)其中，h为反馈校正系数，Igdqp(k+1)为k+1时刻dq轴预测输出电流值；e(k)为k时刻dq轴实测系统输出电流Igdq(k)与预测控制模型输出电流Igdqm(k)的误差；Igdqm(k+1)为k+1时刻dq轴预测控制模型输出电流。3.根据权利要求1所述双馈风力发电网侧变流器的控制系统，其特征在于，所述滚动优化单元的优化目标函数为：其中，是被控变量—网侧变流器dq轴电流的期望参考轨迹，它是由外环直流2CN103166247B权利要求书2/2页母线电压环的PI输出决定的；q、λ为加权可调系数；Igdqp(k+1