Pwm并网变流器电流内环的二阶内模控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，该方法包括以下步骤：I.建立三相PWM并网变流器在两相静止坐标系下的模型；II.建立跟踪交流信号的二阶内模控制器；III.确定二阶内模控制器参数λ的范围；IV.确定PWM并网变流器的控制系统的闭环传递函数；V.确定二阶内模控制器的比例增益；VI.判断所述二阶内模控制器是否满足需求。该方法提供一种二阶内模控制器，该控制器可以避免旋转坐标变换和解耦算法；既可用于风电或太阳能发电的并网运行，也用于STATCOM，APF等柔性交流输电技术中。
【专利说明】PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新能源发电技术中的并网【技术领域】的方法，具体讲涉及一种用于PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法。
【背景技术】
[0002]根据BTW统计数据显示，2010年全球风电累计装机容量已经达到199.5GW，年累计增速为25%，中国，美国，德国，西班牙，印度依次居于世界前五名。2010年，全球光伏市场延续了过去强劲的增长，据初步统计，太阳能光伏市场新增15.8GW，年增速超过100%，而中国的光伏发电新增装机容量首次超过500MW，比上一年度增长了 125%。新能源技术发展迅速的一个原因是变流技术的发展，电力电子变流器越来越多的应用于电力系统特别是新能源发电系统。
[0003]在发电系统，基于双馈感应电机或永磁同步电机的风力发电机都是通过三相背靠背式的电力电子变频器接入电网，太阳能电场则是采用电力电子变流器接入电网，并网变流器可以改善风电场或太阳能电场的运行状况以满足并网要求，包括频率，电压，有功无功控制和谐波方面的要求。新能源汽车电池也需要相应的逆变技术，都涉及大功率电力电子器件的应用。根据中国自动化网的统计数据，2009年国内风机变流器的市场规模约34.6亿元，在未来几年仍将保持30%左右的复合增速。在输电系统，同步无功补偿器(STATC0M)，动态电压恢复器(DVR)和有源电力滤波器(APF)也都是采用并网变流器接入电网以实现其动态调节无功和消除谐波的目的。
[0004]并网变流器的一个研究方向就是其控制算法，三相变流器的传统电流控制是将静止ABC坐标系下的正弦波电流转换到同步d-q坐标系下的直流量进行PI调节以实现无静差控制，该方法实现起来简单，可靠性高，但该方法控制器设计复杂，鲁棒性不高。很多学者开始研究更加智能的控制策略，例如模糊控制器，神经网络控制，滑模变结构控制等。其中，内模控制器由于其鲁棒性较高，且设计简单被广泛研究。
[0005]目前，研究较深入的一阶内模控制器及其改进的算法可以代替PI调节器实现对直流信号的无静差跟踪且鲁棒性更高。但是，跟PI控制器类似，一阶内模控制器只能对坐标变换后的直流电流无静差跟踪，如果用来控制交流信号则会产生稳态误差。对于单相并网变流器，被控量只能是交流正弦量，一阶内模控制器无法实现电流的零静差控制。而APF的三相变流器也要求控制器可以跟踪交流信号以实现消除固定次谐波。
[0006]因此，需要提供一种即有内模控制器鲁棒性高的特点也具有PR控制器跟踪交流电流无静差的特点的内模控制器。
【发明内容】
[0007]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于三相PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，该方法提供了一种二阶内模控制器，该控制器可以避免旋转坐标变换和解耦算法。该控制器即可用于风电或太阳能发电的并网运行，也用于STATCOM，APF等柔性交流输电技术中。
[0008]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0009]一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0010]1、建立PWM并网变流器在两相静止坐标系下的模型；
[0011]I1、建立跟踪交流信号的二阶内模控制器；
[0012]II1、确定二阶内模控制器参数λ的范围；
[0013]IV、确定PWM并网变流器的控制系统的闭环传递函数；
[0014]V、确定二阶内模控制器的比例增益；
[0015]V1、判断所述二阶内模控制器是否满足需求。
[0016]进一步的，所述步骤I中，建立如下式(I)的PWM并网变流器的在两相静止坐标系下的模型:
[0017]
【权利要求】
1.一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1.建立PWM并网变流器在两相静止坐标系下的模型； I1、建立跟踪交流信号的二阶内模控制器； II1、确定二阶内模控制器参数λ的范围； IV、确定PWM并网变流器的控制系统的闭环传递函数； V、确定二阶内模控制器的比例增益； V1、判断所述二阶内模控制器是否满足需求。
2.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤I中，建立如下式(I)的PWM并网变流器的在两相静止坐标系下的模型:
3.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤II中，根据内模控制的原理，确定跟踪交流信号的二阶内模控制器，包括以下步骤: 5201、确定如下式(2)的等效控制器传递函数:
4.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤III中，根据开关频率确定二阶内模控制器参数λ的范围，包括以下步骤: S301、为使基频电流通过，确定截止频率大于基频频率，I/λ> fn，fn为基频频率，基频频率为50Hz， S302、由于变流器交流侧侧电流谐波集中在开关频率附近，控制器在开关频率fsw处有至少_3dB的幅值衰减，确定
5.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤IV中，根据被控对象的数学模型确定控制系统的闭环传递函数，所述闭环传递函数包括:采样/保持的传递函数S/Η、二阶内模控制器传递函数IMC、并网变流器传递函数PWM和并网变流器与电网之间的滤波器传递函数FILTER。
6.如权利要求5所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述采样/保持的传递函数S/Η为
7.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤V中，为优化系统的动态性能运用伯德图确定二阶内模控制器的比例增益K，设计增益系数，使系统的阻尼比达到最佳阻尼比0.707。
8.如权利要求1所述的一种PWM并网变流器电流内环的二阶内模控制方法，其特征在于:所述步骤VI中，判断所述二阶内模控制器是否满足需求，若满足则结束，否则返回步骤V。
【文档编号】H02J3/38GK103762614SQ201310683182
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】孙蔚, 李琰, 迟永宁, 苏媛媛, 张占奎, 王真, 魏林君, 汤海雁, 王志冰 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 中电普瑞张北风电研究检测有限公司, 江苏省电力公司, 国网浙江省电力公司