不平衡故障两相静止坐标系下并网逆变器控制策略研究

发布时间：2017-11-04 09:35

  本文关键词：不平衡故障两相静止坐标系下并网逆变器控制策略研究

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【摘要】：由于采用直驱结构,永磁同步风力发电系统实现了风力发电机与电网的完全解耦,与双馈风力发电系统相比其运行可靠性和发电效率得以提高。但是由于并网逆变器与电网直接相连,当电网电压发生不平衡故障时,负序分量的产生会导致逆变器输出电流波形畸变以及功率波动。本文以电网电压不平衡故障时的并网逆变器为研究对象,在两相静止坐标系下提出了基于自适应观测器的相序分离方案、设计了相应的逆变器控制器、针对不同的控制目标计算了不同的电流指令值、并提出了协调控制策略以实现不同控制目标之间的灵活控制。在电网电压不平衡故障时,如何快速、准确的分离出其正、负序分量是逆变器控制的基础。本文首先基于对称分量理论对不平衡故障时的电网电压进行了分析;然后利用传统自适应观测器的数学模型,提出了改进的基于自适应观测器的相序分离方案;最后证明了观测器的收敛性。通过在PLECS中搭建模型并仿真,验证了所提相序分离方案能够快速、准确的对不平衡电网电压进行相序分离,而且在电网电压频率畸变以及相位突变故障时仍旧能够正常工作。在两相静止坐标系下,并网逆变器数学模型的两相之间没有耦合并严格对称,针对这一特性设计了电流内环全阶滑模控制器,对电流进行无差跟踪,并达到了非奇异、去抖振的目的。由于不需要旋转坐标变换、同步锁相以及前馈解耦等环节,简化了控制器设计。根据机侧与网侧变换器的功率关系,设计了基于机侧功率前馈的电压外环PI控制器,实现了机侧与网侧的协调控制,从而使电压外环动态响应速度变快。仿真结果表明控制策略能达到预期目的。不平衡电网电压的负序分量会导致并网逆变器输出电能质量变差。为了解决上述问题,设计了以瞬时功率平衡、电流谐波抑制、有功功率平衡以及无功功率平衡为控制目标的电流指令值,达到了4种不同的控制效果。针对上述控制目标的特点,提出功率-电流协调控制以及有功-无功协调控制策略。仿真结果表明不同的电流指令值均能达到预定的控制目标,而协调控制能够实现不同控制目标的协调、灵活控制,提高了逆变器输出电能的质量。为了验证所提控制策略的可行性以及有效性,在一台3k W永磁同步风力发电系统实验平台上进行了相关的实验研究。介绍了系统的硬件组成,并设计了基于TMS320F2812的DSP软件程序。在实验平台上完成了相序分离、并网逆变器控制、不同控制目标以及各目标之间协调控制的相关实验。实验结果与分析进一步验证了本文所提各项控制策略的正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464

【参考文献】

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本文编号：1138872