风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计VIP专享VIP免费

5电工电气电工电气(2011No.9)设计与研究风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计作者简介：戴金水(1987-)，女，硕士研究生，研究方向为变电站自动化与风力发电。摘要：采用零极点对消和极点配置的方法分别设计了电流内环和电压外环的PI调节器参数，根据并网逆变器电流闭环系统的Bode图和零极图，分析了其电流内环闭环系统的稳定性，并对由该方法设计得到的PI参数进行了实验验证。实验结果表明，该双闭环PI调节器参数设计方法效果良好，能够满足系统设计要求。关键词：风力发电；并网逆变器；双闭环；PI调节器中图分类号：TM614；TM464文献标识码：A文章编号：1007-3175(2011)09-0005-05戴金水1，吕敬2(1东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)Abstract:Zero-polecancellationandpoleallocationmethodswereadoptedtodesignPIregulatorparametersofcurrentinnerloopandvoltageexternallooprespectively.Accordingtogrid-connectedinvertercurrentclosed-loopsystem’sBodediagramandzero-polediagram,analysiswasmadetothestabilityofitscurrentinnerclosed-loopsystemandexperimentalverificationwascarriedoutforPIparametersobtainedfromthemethoddesign.Experimentalresultshowsthatthedoubleclosed-loopPIregulatorparametersdesignmethodisgoodineffect,beingabletomeetsystemdesignrequirements.Keywords:windpowergeneration;grid-connectedinverter;doubleclosed-loop;PIregulatorDAIJin-shui1,LVJing2（1SchoolofElectricalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;2SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China）DesignofDoubleClosed-LoopPIRegulatorforGird-ConnectedInverterinWindPowerSystem并网型逆变器是风力发电系统中的核心关键部件，其目标是稳定直流母线电压，控制输出电流实现有功功率和无功功率的解耦控制[1-6]。本文在建立并网逆变器数学模型的基础上，详细给出了电压外环、电流内环PI调节器参数设计方法。并对该方法设计得到的PI调节器参数进行了实验验证。实验结果验证了该设计方法的正确性和有效性。1并网逆变器的数学模型及工作原理图1所示为三相电压型并网逆变器拓扑结构示意图。Esa、Esb、Esc是三相电网相电压，Va、Vb、Vc是逆变器交流侧三相输出电压，它们均是以三相电网电压中性点为参考点。ia、ib、ic是电网三相线电流。L是网侧滤波电感，R是等效串联电阻，Udc是直流母线电压。并网逆变器在三相静止坐标系下数学模型[2]为：EsaLRiaEsbLRibEscLRic～～～S5S2VcS3S6S1S4VbVaioUdc+图1并网逆变器拓扑结构示意图(1)L=Esa-Ria-VadiadtL=Esb-Rib-VbdibdtL=Esc-Ric-Vcdicdt风力发电并网逆变器双闭环PI调节器的设计6电工电气电工电气(2011No.9)公式(5)中，P大于零，表示变换器工作于整流状态，变换器从电网吸收能量；P小于零，表示变换器工作于逆变状态，变换器向电网回馈能量。Q大于零，表示变换器相对电网呈感性，吸收滞后无功功率；Q小于零，表示变换器相对电网呈容性，吸收超前无功功率。其中id、iq分别对应电网侧电流中的有功和无功分量。稳态时，id、iq均为直流，其微分项等于零，则可以得到VOC控制下，并网逆变器的稳态控制方程为：在稳态方程中，网侧电压Esd为前馈分量，可以克服由电网电压波动引起的系统扰动；ωLid和ωLiq为解耦项，使有功电流和无功电流可以分别独立控制。由电路的拓扑结构可知，当交流侧输入功率大于负载消耗的功率时候，多余的功率会使得直流侧电容电压升高；反之，电容电压降低。又由于变换器的d轴电流和它吸收的有功功率成正比，因此，可对电容电压进行控制，用电压调节器的输出作为d轴分量电流(有功电流)的给定值，它反映了变换器输入有功电流幅值的大小。根据需要的功率因数和d轴给定电流值，可以得到q轴电流给定值。单位功率因数时，q轴电流恒等于零。并网逆变器的控制框图如图2所示。并网逆变器在d-q坐标系下的数学模型为：公式(2)中，Vd、Vq分别为并网逆变器交流输出电压的d轴分量和q轴...