一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法

本发明涉及风力发电控制领域，特别涉及一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法。

背景技术：

1、风电并网逆变器作为直驱永磁风力发电系统的核心元件，是实现直流电转变为交流电的关键接口；但由于风的不确定性、间歇性以及变流器的非线性性、强耦合性，导致风电并网逆变器受到了内外两部分的扰动，即：变流器内部参数发生变化引起的扰动和外部条件变化引起的扰动。这些扰动对直流母线电压、电能输出的质量以及电网在多工况下切换都有较大的影响；为了稳定直流电压和提高并网电能质量，改进风电并网逆变器的控制策略成为了当前研究的焦点。

2、目前，风电并网逆变器的控制多采用电压电流双闭环pi控制结构。电压外环控制直流母线电压维持在给定值，其输出值作为电流内环的输入。电流内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,进而改善电压外环的控制效果。因此，电流环在风电并网逆变器的控制中起到重要作用。然而,电流内环dq轴电流存在耦合问题，会影响风电并网逆变器的控制效果。此外，传统双闭环pi控制策略是通过对误差进行补偿来实现的，但与外界干扰相比，这种被动控制方法具有滞后性，对变化和未知扰动的抑制能力不强，难以解决响应的快速性和超调之间的矛盾。并且，传统pi控制策略需要进行复杂的解耦过程，且电路器件参数对控制系统的设计具有较大的影响，在确定pi控制参数时，需要考虑系统传递函数的特性以及pwm信号的采样周期，这可能会导致计算的复杂性增加，双闭环pi控制策略对控制参数变化敏感，鲁棒性差，因此，需要设计一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，通过电压外环应用ladrc技术提高了直流侧电压的抗扰性能，使直流母线电压在正常工况和电网故障工况下的抗扰性能都得到了大幅的提高；电流内环应用准pr控制技术提高系统响应速率的同时有效地减少了网侧输出电流的谐波含量，节省了一次坐标变换。

2、为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：

3、一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，包括：

4、s1，建立风电并网逆变器系统的数学模型；

5、s2，基于风电并网逆变器系统数学模型,构建新型双闭环控制结构,实现直流母线电压控制和并网电流谐波的抑制。

6、优选地，步骤s1中，风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：

7、

8、电流关系为：

9、

10、式中,ugd和ugq为网侧逆变器输出电压在d、q轴上的分量,egd和egq为三相电网电压在d、q轴上的分量,igd和igq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,sd和sq为开关函数在d、q轴上的分量,l为交流等效滤波电感，c为直流侧稳压电容，udc为直流侧输出电压。

11、优选地，步骤s1中，风电并网逆变器通过控制有功功率实现直流母线电压的控制，控制无功功率实现单位功率因数并网。

12、优选地，步骤s2中，新型双闭环控制结构以二阶ladrc电压环为外环,准pr控制电流环为内环。

13、优选地，二阶ladrc包括三阶阶线性扩张状态观测器les0、线性状态误差反馈控制律lsef和动态补偿环节。

14、优选地，二阶ladrc的电压环对应的三阶线性扩张状态观测器leso为：

15、

16、式中，z1为直流电压参考值的跟踪信号,z2为z1的微分信号，z3为电压环总扰动的跟踪信号，id*为d轴参考电流，udc为直流母线电压的实际值，ω0为电压环的观测器带宽，b0为电压环的补偿因子。

17、优选地，线性状态误差反馈控制律lesf以及动态补偿环节为：

18、

19、式中，u0为电压环控制器的输出，u为电压环被控对象的输入，ωc为电压环的控制器带宽，为直流母线电压的参考值。

20、优选地，步骤s2中，所述电流内环准pr控制器的传递函数为：

21、

22、式中，kp为比例环节系数，影响控制器谐振频率以外的幅值；kr为谐振因子，影响控制器全频率范围的增益；ωc为截止频率，决定控制的带宽；ωc越大，控制器带宽越大；ω0为谐振频率，ω0＝100πrad/s。

23、本发明提供的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法的有益效果如下：

24、1，所设计的新型双闭环控制结构不依赖系统精确的数学模型，设计简单，易于实现；

25、2，电压环应用二阶ladrc技术将逆变器系统内外部扰动视为总扰动，对其进行估计和补偿，提高了系统的抗扰性能，能够快速的稳定直流母线电压；

26、3，电流环应用准pr控制进行设计，不需要对电流分量进行解耦控制，节省了一次坐标变换，提高系统响应速率的同时，有效地减少了网侧输出电流的谐波含量。

技术特征：

1.一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，步骤s1中，风电并网逆变器在dq旋转坐标系下的电压关系为：

3.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，步骤s1中，风电并网逆变器通过控制有功功率实现直流母线电压的控制，控制无功功率实现单位功率因数并网。

4.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，步骤s2中，新型双闭环控制结构以二阶ladrc电压环为外环,准pr控制电流环为内环。

5.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，二阶ladrc包括三阶阶线性扩张状态观测器les0、线性状态误差反馈控制律lsef和动态补偿环节。

6.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，步骤s2中，二阶ladrc的电压环对应的三阶线性扩张状态观测器leso为：

7.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，线性状态误差反馈控制律lesf以及动态补偿环节为：

8.根据权利要求1所述的一种风电并网逆变器新型双闭环控制方法，其特征在于，步骤s2中，所述电流内环准pr控制器的传递函数为：

技术总结
本发明公开了一种风电并网逆变器的新型双闭环控制方法，首先建立了风电并网逆变器系统的数学模型；然后基于风电并网逆变器系统数学模型,构建了LADRC与准PR控制的新型双闭环结构,最终实现了直流母线电压的控制和电网谐波的抑制；新型双闭环结构以二阶LADRC电压环为外环,准PR控制电流环为内环；本发明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,电压环应用LADRC算法提高了系统的抗扰性能，直流母线电压更稳定；电流环应用准PR控制算法解决了dq轴电流间的耦合问题,节省了一次坐标变换，并且能够有效抑制并网电流谐波，提高了并网电流的质量。

技术研发人员：王新权,冉华军,罗娇娇,李敖,李林蔚,高越
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8