一种网侧风电变流器内环控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种网侧风电变流器内环控制电路，属于抑制网侧直流电压脉动的发电领域。

背景技术：
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当电网电压不平衡时，风电变流器直流侧电压会产生波动，因而影响交流侧输入电流，使之产生谐波，这会对电网造成污染。目前，关于不平衡电网电压时双馈电机的控制策略的研究多集中在双dq、PI电流控制。其主要思想为有效控制网侧变换器中的正、负序电流分量来消除直流侧电压的2倍频脉动等。

其方法是在正序和负序同步旋转坐标系中分别对正序分量和负序分量进行控制，这样，在不考虑零序分量的情况下每个旋转坐标系中的控制均为直流量的控制，控制系统的设计相对容易，但这种控制方案需要考虑到双PI控制器的参数配合，其正、负序分量的分离带来的延时将使电流反馈量存在幅值与相位误差，进而影响控制系统的动态性能。

技术实现要素：
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本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种网侧风电变流器内环控制电路。

本实用新型的技术解决方案是：一种网侧风电变流器内环控制电路，包括有功电流处理电路、无功电流处理电路和脉宽调制器；

所述有功电流处理电路包括第一加法器、第一PI控制器、第二加法器和第一谐振控制器；第一加法器的正输入端与给定有功电流连接，负输入端与电网侧有功电流连接，第一加法器的输出端同时与第一PI控制器和第一谐振控制器的输入端连接；第二加法器的三个输入端分别与第一PI控制器的输出端、第一谐振控制器的输出端以及电网侧有功电压连接，第二加法器的输出端与脉宽调制器连接；

所述无功电流处理电路包括第三加法器、第二PI控制器、第四加法器和第二谐振控制器；第三加法器的正输入端与给定无功电流连接，负输入端与电网侧无功电流连接，第三加法器的输出端同时与第二PI控制器和第二谐振控制器的输入端连接；第四加法器的三个输入端分别与第二PI控制器的输出端、第二谐振控制器的输出端以及电网侧无功电压连接，第四加法器的输出端与脉宽调制器连接；

脉宽调制器的输出端与风电变流器连接。

所述第一谐振控制器和第二谐振控制器的结构相同，均包括电阻R1、电阻R2、运算放大器U1、加法器U2、电容Cr、电感Lr以及电感Lm；

运算放大器U1的同相输入端同时与电阻R1的一端、电阻R2的一端以及电容Cr的一端连接，运算放大器U1的反相输入端接地，运算放大器U1的输出端同时与电阻R2的另一端以及加法器U2的一个输入端连接，电容Cr的另一端与电感Lr的一端连接，电感Lr的另一端同时与电感Lm的一端以及加法器U2的另一个输入端连接，电感Lm的一端连接参考地；电阻R1的另一端作为第一谐振控制器或第二谐振控制器的输入端，加法器U2的输出端作为第一谐振控制器或第二谐振控制器的输出端。

所述第一谐振控制器或第二谐振控制器的谐振频率f为风电变流器交流侧电压频率的两倍。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本发明改进了现有的风电变流器内环控制电路，在传统的PI控制策略基础上，引入谐振控制器，利用PI控制器实现对直流分量的无静差调节，利用谐振控制器实现对交流分量的无静差调节，整个控制过程中不受PI调节器的参数和电机参数的影响，也不需要计算负序电流的指令值，降低了控制算法的计算量和复杂度，消除了电流反馈量幅值与相位的误差。

(2)本发明通过调节电感Lr、Lm以及电容Cr的值，能够方便实现谐振频率f为被控量频率，从而直接消除定子无功功率和电磁转矩中或定子有、无功功率的二倍频波动，实现谐振控制器对交流分量的无静差调节。

附图说明：

图1为网侧风电变流器控制装置的示意图；

图2为风电变流器内环控制单元的结构组成框图；

图3为谐振控制器电路图；

图4为网侧风电变流器实际控制原理图；

具体实施方式：

图1网侧风电变流器控制装置的示意图，包括连接电网侧的前馈电压补偿量获取单元和电流采样单元，对二倍脉动量无静差跟踪的内环控制单元，连接直流母线的母线电压采样单元以及外环控制电路。

前馈电压补偿量获取单元用于采集电网侧的电压，经过CLARK和PARK变换，得到电网侧的有功电压和无功电压。电流采样单元用于采集电网侧的电流，经过CLARK和PARK变换，得到电网侧的有功电流和无功电流。外环控制单元输入端分别连接母线电压采样单元和风电变流器反馈端，其输出端连接所述内环控制器的输入端，用于根据母线电压采样单元输出的直流母线电压与风电变流器反馈的电压的误差error经PI控制器计算有功电流或无功电流。内环控制电路输入端分别连接前馈电压补偿量获取单元输出端、电流采样单元输出端以及外环控制单元的输出端，其输出端连接风电变流器受控端。

母线电压采样单元包括与直流母线连接的电压互感器PT02、与电压互感器输出端连接的一阶低通滤波器、与一阶低通滤波器输出端连接的运算放大器，与运算放大器输出端连接的嵌位二极管。

电流采样单元包括连接电网侧的电流霍尔传感器，与电流霍尔传感器连接的一阶低通滤波器，与一阶低通滤波器输出端连接的运算放大器，与运算放大器输出端连接的嵌位二极管。

如图2所示，内环控制电路包括有功电流处理电路1、无功电流处理电路2和脉宽调制器4；有功电流处理电路1包括第一加法器11、第一PI控制器12、第二加法器13和第一谐振控制器15；第一加法器11的正输入端与给定有功电流连接，负输入端与电网侧有功电流连接，第一加法器11的输出端同时与第一PI控制器12和第一谐振控制器15的输入端连接；第二加法器13的三个输入端分别与第一PI控制器12的输出端、第一谐振控制器15的输出端以及电网侧有功电压连接，第二加法器13的输出端与脉宽调制器4连接；无功电流处理电路2包括第三加法器21、第二PI控制器22、第四加法器23和第二谐振控制器25；第三加法器21的正输入端与给定无功电流连接，负输入端与电网侧无功电流连接，第三加法器21的输出端同时与第二PI控制器22和第二谐振控制器25的输入端连接；第四加法器23的三个输入端分别与第二PI控制器22的输出端、第二谐振控制器25的输出端以及电网侧无功电压连接，第四加法器23的输出端与脉宽调制器4连接；脉宽调制器4的输出端与风电变流器连接。

第一谐振控制器15和第二谐振控制器25的结构相同，如图3所示，均包括电阻R1、电阻R2、运算放大器U1、加法器U2、电容Cr、电感Lr以及电感Lm；

运算放大器U1的同相输入端同时与电阻R1的一端、电阻R2的一端以及电容Cr的一端连接，运算放大器U1的反相输入端接地，运算放大器U1的输出端同时与电阻R2的另一端以及加法器U2的同相输入端连接，电容Cr的另一端与电感Lr的一端连接，电感Lr的另一端同时与电感Lm的一端以及加法器U2的反相输入端连接，电感Lm的一端连接参考地；电阻R1的另一端作为第一谐振控制器15或第二谐振控制器25的输入端，加法器U2的输出端作为第一谐振控制器15或第二谐振控制器25的输出端。

谐振电感Lr、Lm、电容值Cr，R2/R1为比例系数，谐振频率根据电感Lr、Lm、电容值Cr，设置谐振频率f为被控量(直流电压波动)频率。直接消除定子无功功率和电磁转矩中或定子有、无功功率的二倍频波动。

图4为网侧风电变流器实际控制原理图，从图4中可以看出，网侧变流器采用双闭环控制，电压外环控制直流侧电压，直流母线电压的给定U*dc与反馈Udc的误差error经PI控制器计算有功电流给定I*gd，直流母线电压的给定U*dc与反馈Udc的误差error经PI控制器计算有功电流给定I*gq。前馈电压补偿量获取单元、电流采样单元分别对电网侧电压和电流进行采样，经过CLARK和PARK变换后前馈电压补偿量获取单元得到电网侧有功电压、无功电压，电流采样单元得到电网侧有功电流、无功电流。电流内环按照电压外环输出的电流指令进行控制，本实用新型是在电流内环传统的PI控制策略中引入一个谐振控制器，当出现电网电压不平衡时，直流电压和网侧无功功率的2倍频脉动量经谐振控制器调节后输出电压控制量Ugrd、Ugrq，再与二者的直流分量经PI控制器调节后的输出电压控制量及前馈电压补偿量Ugld(电网侧有功电压)、Uglq(电网侧无功电压)相叠加，最后得到了电网侧电压控制量U*gd、U*gq。当谐振调节器的谐振频率等于被控制量的频率时，谐振控制器可以实现对被控制量的无静差跟踪。整个控制过程中不受PI调节器的参数和电机参数的影响，也不需要计算负序电流的指令值，降低了控制算法的计算量和复杂度，消除了电流反馈量幅值与相位的误差。最后经PARKINV和CLARKINV变换，输出给脉宽调制器4，经脉宽调制后产生实际所需的电压输出给风电变流器。

本实用新型利用PI控制器实现对直流分量的无静差调节，谐振控制器实现对交流分量的无静差调节的优点，在传统的PI控制器基础上，引入谐振控制器。该谐振控制器由电感Lr、Lm电容值Cr构成，用于调节由负序电压引起的2倍频脉动量。当谐振控制器的谐振频率等于被控制量的频率时，谐振控制器可以实现对被控制量的无静差跟踪，直接消除定子无功功率和电磁转矩中或定子有、无功功率的二倍频波动，从而实现对脉动量的抑制，直流母线电压中的波动得到显著改善。

本实用新型网侧谐振控制电路只是调节了2倍频脉动量，而没有调节直流分量。本实用新型经过了实验验证，通过实验采集的数据表明：在谐振控制器投入之前，脉动量的幅值较大，最大可达5％从而触发过压保护。谐振控制器投入后，脉动量幅值几乎为零，验证了该谐振调节器能够实现对2倍频脉动量的无静差跟踪。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。