一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法技术

本发明专利技术公开一种风电并网逆变器直流母线电压的新型双闭环控制方法，包括如下步骤：建立风电并网逆变器系统模型；基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电压控制；LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压环为外环。本发明专利技术的新型双闭环结构不依赖被控系统精确的数学模型，设计简单，方便实现，电流环应用LADRC技术解决了dq轴电流间的耦合问题，避免了dq轴电流波动对直流母线电压的影响提高了并网电流的质量，电压环应用LADRC技术提高了直流母线电压在电网故障下的抗扰性能。电压在电网故障下的抗扰性能。电压在电网故障下的抗扰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电控制领域，特别是涉及一种风电并网逆变器直流母线 电压的双闭环控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的
技术介绍
信息，不必然构成在 先技术。
[0003]随着风电在电网中渗透率的不断提高，风电机组与电力系统之间的相互影 响也越来越明显。风电并网逆变器将风电机组与大电网连接为一个有机整体， 是整个风电产业中重要的环节之一，起到稳定直流母线电压与控制功率因数的 重要作用。风电并网逆变器的工作性能直接影响到风电系统的安全、稳定、高 效运行，对风电并网逆变器的控制策略进行研究具有重要的价值。
[0004]目前，风电并网逆变器的控制多采用电压电流双闭环结构。电压环控制直 流母线电压维持在预先的设定值，其输出值作为电流环的输入。电流环根据风 电机组对无功功率的要求调节发出无功功率的参考值,进而改善电压环的控制 效果。因此，电流环在风电并网逆变器的控制中起到重要作用，直接影响风电 并网逆变器的控制效果。此外，电压电流双闭环结构均采用经典的PI控制方式。 这种基于过程误差来消除误差的PI控制策略会产生一定的时延，难以解决系统 响应中快速性与超调之间的矛盾。积分环节的加入在一定程度上会产生相位滞 后，易产生积分饱和现象，对系统稳定性不利，并且PI控制对系统的抗干扰能 力较差，对控制参数变化敏感，鲁棒性差。科学技术的发展对控制精度和速度 的要求，以及对环境变化的适应能力的要求越来越高，导致传统的电压电流双 闭环控制效果并不理想。寻找一种改进型PI控制或者新型控制策略取代经典的 PI双闭环控制成为改善风电并网逆变器控制效果的一种方式。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方 法，以解决上述现有技术存在的问题，电流环应用LADRC技术提高并网电流的 波形；电压环应用改进LADRC技术使直流母线电压在电网故障下的抗扰性能得 到大幅提高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种风电并网逆变 器直流母线电压的双闭环控制方法，包括如下步骤：
[0007]建立风电并网逆变器系统模型；
[0008]基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电 压控制；
[0009]所述LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压 环为外环。
[0010]优选的，所述风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：
[0011][0012]电流关系为：
[0013][0014]式中，u
d
、u
q
为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量，u
gd
、u
gq
为三相电 网电压在d、q轴上的分量，i
gd
、i
gq
为网侧逆变器输出电流在d、q轴上的分量， ω为电网电压的基波角速度，S
d
、S
q
为开关函数在d、q轴上的分量。
[0015]优选的，所述风电并网逆变器直流侧电压通过控制有功功率实现。
[0016]优选的，所述一阶LADRC包括二阶线性扩张状态观测器LESO、线性状态误 差反馈控制律LSEF、动态补偿环节。
[0017]优选的，所述一阶LADRC的电流环对应的二阶线性扩张状态观测器LESO为：
[0018][0019]式中，z
1i
为d轴参考电流的跟踪信号，为z
1i
的微分信号，z
2i
为电流环总 扰动的跟踪信号，为z
2i
的微分信号，u
′
d
表示d轴上的网侧逆变器输出电压与 电网电压的差值，i
gd
为网侧逆变器输出电流在d轴上的分量，ω
0i
为电流环的观 测器带宽，b
0i
为电流环的补偿因子；
[0020]线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
[0021][0022]式中，u
0i
为电流环控制器的输出，u
i
为电流环被控对象的输入，ω
ci
为电流 环的控制器带宽，i
d
‑
ref
为d轴参考电流。
[0023]优选的，所述改进一阶LADRC的电压环，其对应的改进二阶线性扩张状态 观测器LESO为：
[0024][0025]式中，z
1u
为直流母线电压参考值的跟踪信号，为z
1u
的微分信号，z
2u
为 电压环总扰动的跟踪信号，为z
2u
的微分信号，i
d
‑
ref
为d轴参考电流，u
dc
为直 流母线电压实际值，为直流母线电压的微分值，b
0u
为电压环的补偿因子，β
b
为改进二阶LESO的增益系数，ω
0u
为改进二阶LESO的带宽；
[0026]线性状态误差反馈控制律LESF以及动态补偿环节为：
[0027][0028]式中，u
0u
为电压环控制器的输出，u
u
为电压环被控对象的输入，ω
cu
为电 压环的控制器带宽，u
dc
‑
ref
为直流母线电压的参考值。
[0029]与现有技术相比，本申请的有益效果为：
[0030](1)新型双闭环结构不依赖被控系统精确的数学模型，设计简单，方便实 现；
[0031](2)电流环应用LADRC技术提高了并网电流的波形；
[0032](3)电压环应用改进LADRC技术提高了直流母线电压在电网故障下的抗扰 性能。
附图说明
[0033]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0034]图1为风电并网逆变器的电路结构；
[0035]图2为戴维宁等效电路的电路结构；
[0036]图3为一阶LADRC的结构；
[0037]图4为改进一阶LADRC的结构；
[0038]图5为风电并网逆变器LADRC双闭环控制结构图；
[0039]图6为风电并网逆变器电流环采用PI控制与LADRC时并网点电流的波形以 及a相电流的谐波分析；
[0040]图7为风电并网逆变器电压环采用LADRC与改进LADRC时并网点电压对称 跌落40％时直流母线电压波形对比；图8为风电并网逆变器电压环采用LADRC与改进LADRC时并网点电压不对 称跌落40％时直流母线电压波形对比。
具体实施方式：
[0041]下面结合附图与实施例对本申请作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：包括如下步骤：建立风电并网逆变器系统模型；基于风电并网逆变器系统模型，构建LADRC双闭环结构，实现直流母线电压控制；所述LADRC双闭环结构以一阶LADRC电流环为内环，改进一阶LADRC电压环为外环。2.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：电流关系为：式中，u
d
、u
q
为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量，u
gd
、u
gq
为三相电网电压在d、q轴上的分量，i
gd
、i
gq
为网侧逆变器输出电流在d、q轴上的分量，ω为电网电压的基波角速度，S
d
、S
q
为开关函数在d、q轴上的分量，L
g
为交流等效滤波电感。3.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述风电并网逆变器直流侧电压通过控制有功功率实现。4.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压的双闭环控制方法，其特征在于：所述一阶LADRC包括二阶线性扩张状态观测器LESO、线性状态误差反馈控制律LSEF、动态补偿环节。5.根据权利要求1所述的风电并网逆变器直流母线电压大的双闭环控制方法，其特征在于：所述一阶LADRC的d轴电流环对应的二阶线性扩张状态观测器LESO为：式中，z
1i
为d轴参考电流的跟踪信号，为z
1i
的微分信号，z
2i
为电流环总扰动的跟踪信号，为z
2i
的微分信号，u
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨路勇，李琛，胡延兵，段大伟，李腾飞，杨勇，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司禹城市供电公司，
类型：发明
国别省市：