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风力发电并网逆变器应用有无功功率解耦控制的矢量控制策略(1)

  1引言

  为了满足日益增长的电力需求,作为一种新的发电方式,风力发电赢得了非常重要的发展机遇。三相电压源逆变器(VoltageSourceInverter,VSI)通常被用来风力发电系统并网。根据IEEE相关标准的规定,风力发电系统不能调节耦合点(PointofCommonCoupling,PCC)的电压,因此并网系统的电能质量主要取决于输出电流的质量。为了能够给电网提供高质量的电能,并网逆变器的电流控制发挥了重要的作用。

  用于三相PWM逆变器的电流控制策略已很多报道。电流控制策略都有着相同的结构,包括一个电流反馈的内环。其主要实现两个基本的目的:电流误差补偿和脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM)。在以前的电流控制策略中,基于电压空间矢量调制(SpacevoltageModulation,SVM)的电流控制器被广泛应用于三相逆变器中。本质上,基于SVM的电流控制器是一种线性的控制策略,并且能够有效的分离电流误差补偿和PWM部分。而且SVM还有很多的优点,如确定的开关频率、优秀的电压电流谐波畸变率(TotalHarmonicDistortion,THD)、优良的直流电压利用率等。但是,基于SVM的PWM控制器是一种电压型的控制器,并且是一种开环结构,因此对于电网电压的波动以及为了满足变速恒频风电系统最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)的要求而设定并网电流参考,基于SVM的控制器无法满足这些风力发电并网的要求。此外,为了对电力系统无功功率进行补偿,大功率的风力发电系统必须能够满足对系统有功功率和无功功率的独立解耦控制,文献[12]提出了一种基于SVPWM的控制策略并且能够对电网的谐波进行补偿控制,文献[13]在文献[12]的基础上提出了预测型的算法。运用离散化、数字化的方法对电压和电流实行预测型控制。但是这两种方法本质都是一致的,都是矢量控制的一种改进,都并没有对并网电网电感的电压信号进行有效的补偿,因此该控制器在系统参数变化时的鲁棒性很差。文献[14]提出的矢量控制方案虽然将直流侧母线电压的波动进行了考虑,使其不会对并网电能质量产生很大的影响,但是由于直流电压的加入,使控制无功电流的自由度消失,因此也就无法对系统的有无功电流分别控制。

  本文在分析风力发电并网逆变器系统数学模型的基础上,提出了一种改进的矢量控制策略。它主要由两个双环控制模型构成,分别都是电流外环电压内环的结构,然后在电压内环的基础上加入对并网电感电压信号的补偿环节。这种结构不仅可以改善并网电流的波形质量,而且在系统给定参数发生改变的情况下,仍然可以使系统具有很强的鲁棒性,此外,该结构还能有效补偿直流侧母线电压的脉动对并网电流质量的影响。

  2系统的数学模型

  图1三相并网逆变器的主电路

  用于风力发电系统的三相并网逆变器如图1所示。它是由三相PWM逆变器经过并网电感滤波后并到电网。

  在静止的三相A-B-C参考坐标系中,三相PWM并网逆变器的数学模型描述如下:

  整理后得:

    其中[νAνBνC]T是三相并网逆变器的输出电压矢量,[iAiBiC]T是逆变器的输出电流即并网电流矢量,而[νgAνgBνgC]T是电网电压矢量,L是每相电路中的并网电感。并网电感中的电阻和导线中的电阻忽略不计。

来源:互联网
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