本發明專利技術涉及風力發電輸電系統的控制技術，具體是一種基于LCL濾波器雙向坐標變換的三相PWM變換器控制方法。該方法基于旋轉坐標變換的矢量控制方法，利用電網電壓、電容電壓雙定向，并且電網電流基于電網電壓定向，變換器電流基于電容電壓定向，各矢量都采用同步旋轉坐標變換，實現變換器有功/無功電流的解耦控制。本發明專利技術的方法能夠在維持直流側電壓恒定的同時，使電網側的無功功率可精確穩定的控制，解決了一般LCL變換器電網側功率因數控制復雜的問題；該控制方法可廣泛應用于需要準確控制電網側無功功率且基于LCL濾波的三相PWM變換器中。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及風力發電輸電系統的控制技術,具體是一種基于LCL濾波器雙向坐標變換的三相PWM變換器控制方法。
技術介紹
風電機組中，變流器是完成電能轉換的重要部件，它調節發電機發出的電能，將滿足并網要求的電能饋入電網。變流器系統的性能決定著饋入電網電能的質量，而變流器一般是由兩個背靠背的PWM變換器組成。從根源上考慮，PWM變換器的性能好壞是風電機組的并網發電性能一個重要指標。PWM變換器在電力電子、新能源領域的應用非常廣泛，其基本原理是通過對連接直流側與交流側之間開關管的控制，以PWM波的形式完成直流側與交流側能量的傳遞，但它會導致交流側電流中含有較高成份的開關頻率周圍的諧波。為了降低注入電網中電流的諧波，在變換器電網側接入LCL濾波器是一種常用手段，相比L濾波，它能用較低的總電感值，獲得較好的高次諧波濾除效果。目前常用的基于LCL濾波器的PWM變換器一般無法直接控制電網側的無功功率或功率因數，在一些對網側功率因數有要求的場合，如全功率風電機組中的全功率變流器，其電網側變換器需要直接控制風電機組輸入電網的無功功率。再如雙饋型風電變流器，在正常運行中網側變換器需要根據不同情況工作于整流狀態或逆變狀態，在這兩種狀態下，都需要對輸入電網的無功功率進行控制。因此，研究一種新型的基于LCL濾波器的三相PWM變換器的控制方法具有重要的理論意義和實際價值。行業內已經對基于LCL濾波器的三相PWM變換器的控制方法有了一些研究，專利《一種LCL濾波的三相PWM整流器三環控制方法》(公開號CN102437753A)、《基于LCL濾波的電壓型有源整流器穩定控制系統及方法》(公開號CN101141100A)、《一種LCL濾波并網逆變器的雙電流環控制方法》(公開號CN102340257A)、一種帶有LCL濾波器的并網逆變器的電容電流前饋控制方法》(公開號CN102075108A)都提出了基于LCL濾波的三相PWM整流器的控制方法。這些控制方法存在的缺陷是，功率因數或無功功率的控制步驟復雜或未直接控制，影響了三相PWM整流器的控制效果。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種簡單有效、穩定可靠、可準確控制電網無功功率的基于LCL濾波的三相PWM變換器的控制方法。本專利技術的基于LCL濾波的三相PWM變換器的控制方法是該方法所應用的三相PWM變換器主回路包括有LCL濾波器、IGBT變換橋、直流側支撐電容及負載；其控制過程包括以下步驟步驟一，對電網電壓e進行坐標變換和鎖相處理，獲得電網電壓e在兩相旋轉坐標下的ed和相角Θ 2,網側電流i2基于電網電壓e的相角Θ 2定向，獲得i2d、i2q，對給定參考無功功率(^與ed運算后獲得網側參考q軸電流分量i2(；;將i2q和i2(；比較后的誤差信號送給第一組比例積分控制器PI1，第一組比例積分控制器PI1的輸出作為PWM變換器交流側電流ilq的給定信號，標記為i1(；;直流側電壓輸出與直流側電壓給定值比較后的誤差信號送給第二組比例積分控制器PI2,第二組比例積分控制器PI2的輸出作為PWM變換器交流側電流ild的給定信號，標記Si1/;步驟二，對LCL濾波器中電容電壓U。進行坐標變換和鎖相處理，獲得電容電壓U。在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量u+u。,和相角Θ i，PWM變換器的交流側電流I1依據電容電壓Uc的相角Θ i定向，獲得PWM變換器側電流I1的在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量ild、ilq ；步驟三，將ilq和i1(；比較，比較后的誤差信號送給第三組比例積分控制器PI3，第三組比例積分控制器PI3的輸出與電容電壓q軸分量U。,及PWM變換器交流側電流d軸分量在交流側電感上耦合的q軸電壓分量ω Lild運算后，得出PWM變換器網側電壓q軸分量V,；同樣的，將ild和ild*比較，比較后的誤差信號送給第四組比例積分控制器PI4，第四組比例積分控制器PI4的輸出與電容電壓d軸分量Um1及PWM變換器交流側電流q軸分量在交流側電感上耦合的d軸電壓分量ω Lilq運算后，得出PWM變換器網側電壓d軸分量Vd ;將PWM變換器網側電壓分量Vd、V(1從兩相旋轉坐標系變換到三相靜止坐標系，得到的調制波va、vb、v。經過SPWM發生器模塊處理產生SPWM信號驅動IGBT動作，以控制三相PWM變換器系統維持直流側電壓恒定及電網側的無功功率。與現有的基于LCL濾波的PWM變換器的控制方法相比，本專利技術的方法有以下優I.基于電網電壓定向的無功功率控制可直接、準確控制電網無功功率。2.基于電容電壓定向的內環電流控制使得對于PWM變換器交流側電壓的控制使得此處的數學模型更加簡單，從而降低了控制上難度。3.直流側電壓外環的控制實現了對直流側電壓的控制，保證了直流電壓的動態響應及穩定性要求。附圖說明圖I是本專利技術實施例的PWM變換器主回路及其控制原理圖2是采用本專利技術方法的實施例在穩態運行時電網電壓、電網電流及直流側電壓波形圖3是采用本專利技術方法的實施例在進行無功調節時，電網有功、無功動態變化的波形圖4是采用本專利技術方法的實施例在電網電壓對稱跌落時，電網電壓、電網電流及直流側電壓波形圖5是采用本專利技術方法的實施例在電網電壓對稱跌落時，電網有功、無功變化的波形圖6是采用本專利技術方法的實施例在穩態運行時電網A相電流FFT分析結果圖。具體實施例方式如圖I所示，本專利技術實施例所應用的三相PWM變換器主回路包括有由U、Cf和L2構成的LCL濾波器、IGBT變換橋、直流側支撐電容及負載；主回路的檢測和控制部分包括電網、電容及直流側的電壓電流檢測變送器(共5組，圖中未給出)；電網電壓及電容電壓的鎖相環模塊PLL (共2組)；用于將電流及電壓信號從靜止三相坐標系中轉換至兩相旋轉坐標系的坐標變換模塊I (共4組)；用于根據給定無功功率計算無功電流給定值的計算模塊M(共I組)；用于電壓及電流誤差調節的比例積分調節器PI1 - PI4 (共4組)；用于將變換器交流側控制信號從兩相旋轉坐標系轉換至三相靜止坐標系并產生SPWM信號的IGBT驅動信號發生模塊2 (共I組)。其控制過程包括以下步驟步驟一，通過對應的鎖相環模塊PLL和座標變換模塊I對電網電壓e進行坐標變換和鎖相處理，獲得電網電壓e在兩相旋轉坐標下的ed和相角Θ 2，網側電流i2基于電網電壓e的相角θ2定向，獲得i2d、i2q，對給定參考無功功率(^與^運算后獲得網側參考q軸電流分量i2(；;將i2q和i2(；比較后的誤差信號送給第一組比例積分控制器PI1，第一組比例積分控制器PI1的輸出作為PWM變換器交流側電流ilq的給定信號，標記為i1(；;直流側電壓輸出與直流側電壓給定值比較后的誤差信號送給第二組比例積分控制器PI2，第二組比例積分控制器PI2的輸出作為PWM變換器交流側電流ild的給定信號，標記為ild* ;步驟二，對LCL濾波器中電容電壓U。進行坐標變換和鎖相處理，獲得電容電壓U。在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量u+u。,和相角Θ i，PWM變換器的交流側電流I1依據電容電壓Uc的相角Θ i定向，獲得PWM變換器側電流I1的在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量ild、ilq ；步驟三，將ilq和i1(；比較，比較后的誤差信號送給第三組比例積分控制器PI3，第三組比例積分控制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于LCL濾波的三相PWM變換器的控制方法，該方法所應用的三相PWM變換器主回路包括有LCL濾波器、IGBT變換橋、直流側支撐電容及負載；其特征是：控制過程包括以下步驟，步驟一，對電網電壓e進行坐標變換和鎖相處理，獲得電網電壓e在兩相旋轉坐標下的ed和相角θ2，網側電流i2基于電網電壓e的相角θ2定向，獲得i2d、i2q，對給定參考無功功率Q*與ed運算后獲得網側參考q軸電流分量i2q*；將i2q和i2q*比較后的誤差信號送給第一組比例積分控制器PI1，第一組比例積分控制器PI1的輸出作為PWM變換器交流側電流i1q的給定信號，標記為i1q*；直流側電壓輸出與直流側電壓給定值比較后的誤差信號送給第二組比例積分控制器PI2，第二組比例積分控制器PI2的輸出作為PWM變換器交流側電流i1d的給定信號，標記為i1d*；步驟二，對LCL濾波器中電容電壓uc進行坐標變換和鎖相處理，獲得電容電壓uc在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量ucd、ucq和相角θ1，PWM變換器的交流側電流i1依據電容電壓uc的相角θ1定向，獲得PWM變換器側電流i1的在兩相旋轉坐標系下的dq軸分量i1d、i1q；步驟三，將i1q和i1q*比較，比較后的誤差信號送給第三組比例積分控制器PI3，第三組比例積分控制器PI3的輸出與電容電壓q軸分量ucq及PWM變換器交流側電流d軸分量在交流側電感上耦合的q軸電壓分量ωLi1d運算后，得出PWM變換器網側電壓q軸分量vq；同樣的，將i1d和i1d*比較，比較后的誤差信號送給第四組比例積分控制器PI4，第四組比例積分控制器PI4的輸出與電容電壓d軸分量ucd及PWM變換器交流側電流q軸分量在交流側電感上耦合的d軸電壓分量ωLi1q運算后，得出PWM變換器網側電壓d軸分量vd；將PWM變換器網側電壓分量vd、vq從兩相旋轉坐標系變換到三相靜止坐標系，得到的調制波va、vb、vc經過SPWM發生器模塊處理產生SPWM 信號驅動IGBT動作，以控制三相PWM變換器系統維持直流側電壓恒定及電網側的無功功率。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳毅東，陳琪，冷嘉驥，李驚春，王迪，孟凡革，李欣，屈虎，
申請(專利權)人：哈電通用風能江蘇有限公司，
類型：發明
國別省市：
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