直流母线电压控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流母线电压控制系统及其控制方法，涉及风力发电领域。直流母线电压控制系统包括：依次串接的直流电压调节模块、电流控制模块、直流侧模块和制动状态前馈模块，直流侧电压Vdc与制动状态参数Dc相乘后，输入到制动状态前馈模块，制动状态前馈模块的输出作为制动补偿电流Ic，制动补偿电流Ic以前馈形式馈入电流控制模块和直流侧模块之间的电流补偿节点，与电流控制模块的输出Id做差后输入直流侧模块；制动状态参数Dc为表征直流侧制动装置动作状态的动态参数；制动状态前馈模块为根据制动状态参数Dc计算补偿电流的运算模块。解决了电压调节的动态过程中直流电压大范围波动的问题。

DC bus voltage control system and its control method

The invention discloses a DC bus voltage control system and a control method thereof, relating to the field of wind power generation. The DC bus voltage control system includes the DC voltage regulation module, current control module, DC side module and braking state feedforward module. After the DC side voltage Vdc is multiplied with the braking state parameter Dc, the feedforward module is input to the braking state, and the output of the brake state feedforward module is used as the braking compensation current Ic. The braking compensation current Ic is fed into the current compensation node between the feed current control module and the DC side module, and input the DC side module after the output Id of the current control module; the braking state parameter Dc is the dynamic parameter that characterizing the action state of the DC side brake device; the feedforward module of the dynamic state is based on the braking state. The calculation module of the compensation current is calculated by parameter Dc. The problem of large fluctuation of DC voltage in the dynamic process of voltage regulation is solved.

【技术实现步骤摘要】
直流母线电压控制系统及其控制方法
本专利技术涉及风力发电领域，特别是涉及直流母线电压的控制系统和控制方法。
技术介绍
随着风力发电装机容量的不断提高，风电在电网中所占的比例日益增大，并网风电系统与电网之间的相互影响也越来越大，为了在风电系统或者电网电压发生波动时使二者的相互影响减小，要求风电系统有较强的电压穿越能力。以永磁直驱式风力发电系统为例，通过控制直流母线电压的恒值控制来实现风力发电系统的机侧和网侧的电压匹配是一种很好的控制手段。现有技术公开了一种控制方案，其控制系统结构如图1所示。其中，风电系统采用了双PWM(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)变换器结构，变换器中间的直流环节用以实现前后两个变换器的解耦，直流环节由电容器C实现。直流环节的作用在于，使网侧和机侧的变换器的控制可以相互独立，当网侧出现轻微故障时，可以通过对网侧变换器的调节控制直流母线电压稳定而不影响机侧变换器的控制；反之，电机侧出现非正常运行时，只要通过电机侧的变换器控制即可保证最大风能跟踪即MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)的实现，对于网侧变换器只相当于一个负载扰动，如此实现功率的双向流动，对电网故障由一定的适应能力。同时，为了防止直流母线的电压过高，在直流环节加入了“卸荷电路”，“卸荷电路”由开关功率器件和一电阻串联构成，其控制方式为，当直流母线电压超出限定值时，开关功率器件导通，从而调节直流电压接近给定值。在图1的控制系统中，发电机侧PWM变换器的控制器由MPPT、电流控制模块和SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制)模块串接实现；电网侧PWM变换器的控制器由电压控制模块、电流控制模块、SVPWM模块串接实现；卸荷电路控制器则为单独的PI控制模块。其中，卸荷电路控制器的一种实施方式如图2所示，功率器件的输入端/输出端与电阻串联后，并联接于电容C的两端。卸荷电路控制器包括PI调节器(即比例积分调节器)和比较器，由直流环节电压检测值Udc与故障状态时的参考电压Udc_ref比较后生成差值信号ΔUdc，经PI调节器后送入比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端输入时钟脉冲信号，比较器的输出端连接功率器件的控制端。通过控制功率器件的导通和关断，从而调节直流电压接近设定值。以图1、图2所示的控制系统结构为代表，现有的直流母线电压控制策略中，对于母线电压的异常波动都是采用单电压环控制的方式，这种控制结构中，当直流母线电压出现波动时，这种变动对于整个控制系统来说作为扰动而存在。并且，由于变流器直流控制环缺少能够反映卸荷电路对直流电压影响的环节，在卸荷电路工作时直流控制环不能够准确调节直流电压，在直流电压调节的动态过程中，卸荷电路的功率器件由于直流电压的波动会反复通断，引起直流电压大范围波动。
技术实现思路
鉴于以上所述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种直流母线电压控制器及其控制方法。旨在减少非正常运行状态出现后电压调节过程中的直流侧电压振荡，防止系统不稳定。第一方面，本专利技术实施例提供了一种直流母线电压控制系统，包括：依次串接的直流电压调节模块、电流控制模块和直流侧模块，直流侧模块输出的直流侧电压Vdc经负反馈与参考电压进行比较，差值作为直流电压调节模块的输入，该控制系统还包括制动状态前馈模块，直流侧电压Vdc与制动状态参数Dc相乘后，输入到制动状态前馈模块，制动状态前馈模块的输出作为制动补偿电流Ic，设置在电流控制模块和直流侧模块之间的电流补偿节点，制动补偿电流Ic以前馈形式馈入电流补偿节点，与电流控制模块的输出Id做差后输入直流侧模块；其中，制动状态参数Dc为表征直流侧制动装置动作状态的动态参数；制动状态前馈模块为根据制动状态参数Dc计算补偿电流Ic的运算模块。在第一方面的一些实施例中，制动状态参数Dc为直流侧制动装置的导通时间占空比Dchopper，其中，直流侧制动装置处于工作状态时Dchopper＝1，直流侧制动装置处于非工作状态时Dchopper＝0。在第一方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数其中，Ts为直流侧制动装置的开关占空比对应的时钟脉冲周期，Rchopper为直流侧制动装置中制动电阻的阻值，ki为积分常数，t为时间。在第一方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于非工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数其中，Ic(tstop)为制动状态前馈模块切换为非工作状态的时刻的制动补偿电流，kd为退出前馈时间参数，Vdc为直流侧电压，tstop为所述直流侧制动装置停止工作的时间，t为时间且tstop≤t≤kd。在第一方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于非工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数Gf＝0，其中，t为时间且t＞kd。第二方面，本专利技术实施例提供了一种直流母线电压控制方法，直流母线电压控制回路包括：直流电压调节模块、电流控制模块、直流侧模块和制动状态前馈模块，直流侧模块输出的直流侧电压Vdc经负反馈与参考电压进行比较，差值作为直流电压调节模块的输入，直流母线电压控制方法包括以下步骤：获取直流侧制动装置的制动状态参数Dc；根据制动状态参数Dc和直流侧电压Vdc计算制动补偿电流Ic；将制动补偿电流Ic作为前馈与电流控制模块输出电流Id做比较；将电流控制模块输出电流Id与制动补偿电流Ic的差值作为直流侧模块的输入。在第二方面的一些实施例中，制动状态参数Dc为直流侧制动装置的导通时间占空比Dchopper，其中，直流侧制动装置处于工作状态时Dchopper＝1，直流侧制动装置处于非工作状态时Dchopper＝0。在第二方面的一些实施例中，在获取直流侧制动装置的制动状态参数Dc的步骤中，由制动状态前馈模块计算制动补偿电流Ic，将制动状态参数Dc和直流侧电压Vdc相乘，并将乘积作为制动状态前馈模块的输入，制动状态前馈模块的输出为制动补偿电流Ic。在第二方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数其中，Ts为直流侧制动装置中功率器件开关占空比对应的时钟脉冲周期，Rchopper为直流侧制动装置中制动电阻的阻值，ki为积分常数。在第二方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于非工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数其中，Ic(tstop)为制动状态前馈模块切换为非工作状态的时刻的制动补偿电流，kd为退出前馈时间参数，Vdc为直流侧电压，tstop为所述直流侧制动装置停止工作的时间，且tstop≤t≤kd。在第二方面的一些实施例中，当直流侧制动装置处于非工作状态时，制动状态前馈模块的等效传递函数Gf＝0，其中，t＞kd。应用本专利技术实施例中的直流母线电压控制器及其控制方法，由于直流侧制动装置对直流侧电压的影响不再是单纯作为电压控制环的扰动，而是经过前馈方式体现在电压控制环之中，从而将其影响抵消，避免了电压异常时调节过程中直流侧电压的振荡和系统的不稳定。附图说明从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术，其中：图1是现有双PWM风电控制系统的结构示意图；图2是图1所示系统中直流侧卸荷电路控制器的电路结构图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流母线电压控制系统，包括：依次串接的直流电压调节模块(210)、电流控制模块(220)和直流侧模块(230)，直流侧模块(230)输出的直流侧电压Vdc经负反馈与参考电压

【技术特征摘要】
1.一种直流母线电压控制系统，包括：依次串接的直流电压调节模块(210)、电流控制模块(220)和直流侧模块(230)，直流侧模块(230)输出的直流侧电压Vdc经负反馈与参考电压进行比较，差值作为直流电压调节模块(210)的输入，其特征在于，所述控制系统还包括：制动状态前馈模块(500)，直流侧电压Vdc与制动状态参数Dc相乘后，输入到所述制动状态前馈模块(500)，所述制动状态前馈模块(500)的输出作为制动补偿电流Ic；设置在电流控制模块(220)和直流侧模块(230)之间的电流补偿节点(250)，所述制动补偿电流Ic以前馈形式馈入电流补偿节点(250)，与电流控制模块(220)的输出Id做差后输入直流侧模块(230)；其中，制动状态参数Dc为表征直流侧制动装置动作状态的动态参数；制动状态前馈模块(500)为根据制动状态参数Dc计算制动补偿电流Ic的运算模块。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制动状态参数Dc为所述直流侧制动装置的导通时间占空比Dchopper，其中，所述直流侧制动装置处于工作状态时Dchopper＝1，所述直流侧制动装置处于非工作状态时Dchopper＝0。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述直流侧制动装置处于工作状态时，所述制动状态前馈模块(500)的等效传递函数其中，Ts为直流侧制动装置的开关占空比对应的时钟脉冲周期，Rchopper为直流侧制动装置中制动电阻的阻值，ki为积分常数，t为时间。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述直流侧制动装置处于非工作状态时，所述制动状态前馈模块(500)的等效传递函数其中，Ic(tstop)为制动状态前馈模块(500)切换为非工作状态的时刻的制动补偿电流，kd为退出前馈时间参数，Vdc为直流侧电压，tstop为所述直流侧制动装置停止工作的时间，t为时间且tstop≤t≤kd。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述直流侧制动装置处于非工作状态时，所述制动状态前馈模块(500)的等效传递函数Gf＝0，其中，t为时间且t＞kd。6.一种直流母线电压控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一博，张国驹，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11