专利名称：一种新型的风电全功率变流器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种连接电网的应用于永磁风力发电机的双向变流器系统的控制方 法。此控制方法包括网络桥控制方法和电机桥控制方法。网络桥采用新型的滑模控制 (Sliding mode control)，增加了系统的可靠性；而电机桥采用基于转子位置同步坐标轴 的矢量控制算法(Field oriented control)控制永磁风力发电机的转速和励磁电流。
背景技术：
一个应用于永磁风力发电机的全功率变流器的基本硬件拓扑如
图1所示，主要由 包括低通LCL滤波器的网络桥、包括dv/dt低通保护滤波的器电机桥以及直流环节组成。变 流器的控制方法包括网络桥的控制和电机桥的控制。网络桥的控制器的目的是将风力发电机产生的能量有效传递输送进入电网，同时 根据电网要求输出无功功率，维持电网的稳定运行。一般而言，网络桥需要保持直流环节的 直流电压的稳定。电机桥的控制器的目的是对于风力发电机进行控制，保证风力发电机工 作在最佳的工作状态下。目前传统的网络桥的控制方法采用基于电网电压的矢量控制法，传统的矢量控制 法的控制结构如图2所示，矢量控制法仅仅控制输出电流Is，详细地说，通过采集直流环节 的电压进行反馈控制Is—,，同时根据无功功率需求控制Is—d。虽然传统的矢量控制法可以控 制输出电流Is，该控制方法不能有效控制网络侧滤波器的电容回路电流。当控制器的扰动 频率与滤波器回路谐振频率重合时，网络桥输出会产生谐振电流，造成网络桥产生振荡、失 稳停机甚至造成变流器的损坏。目前的解决方法在于增加滤波器回路的阻尼电阻，尽量避 免谐振频率与控制器扰动频率的重合。然而过大的阻尼电阻会对变流器系统的效率、成本 以及体积都会产生负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种高鲁棒性的网络桥的控制算法，控制流入电网的有功和无功功率。此方 法对系统内滤波器电容回路的谐振现象有充分的抑制作用，保证了系统的安全，提供一种电机桥的矢量控制算法，控制永磁风力发电机的转速和励磁电流。为达到上述目的，本发明的构思是此发明中，网络桥以变流器输出电压为输出变量，同时对变流器输出电流、变流器 滤波器端输出电压以及电网端输出电流进行控制。对以上三个变量的控制既能够有效地保 证变流器的正常功率输出，也能间接抑制滤波器电容回路的谐振电流。此发明中，电机桥采用基于转子位置同步坐标系的矢量控制算法，以变流器输出 电压为输出变量，同时对永磁风力电机转速以及铜损进行解耦控制。根据上述的发明构思，本发明的技术方案如下网络桥控制算法与传统变流器的普通矢量控制PWM输出不同，网络桥的控制采用
权利要求
1.一种连接电网的双向的全功率变流器系统的控制方法。其特征在于包括一个网络桥的控制方法，采用新型的滑模控制(Sliding mode control)，将电网的交 流能量和直流侧的直流能量互相转换；一个电机桥的控制方法，采用新基于转子位置同步坐标轴的矢量控制算法控制永磁风 力发电机的转速和励磁电流。
2.按照权利要求1所述的网络桥控制方法，其特征在于采用滑模控制方法，由控制变 量参考值计算模块、滑模平面函数计算模块、电网侧滞回比较模块和开关频率控制模块组 成。
3.按照权利要求2所述的控制变量参考模块，其特征在于通过网络桥的模型给出控制变量的参考值I s_ref、Id_ref以及Um_ref°
4.按照权利要求2所述的滑模平面函数计算模块，其特征在于根据控制变量参考值Is ref> Idjef以及Um ref以及实测控制变量值Is、Id以及Um最终确定滑模平面函数S (χ)，实现对 于控制变量Is、Id以及Um的有效控制。此方法在保证网络桥在正常输出功率的同时，对系 统内滤波器电容回路的谐振现象有充分的抑制作用。
5.按照权利要求2所述的滞回比较模块，其特征在于根据比较S(X)及决定网 络桥的开关输出。
6.按照权利要求2所述的开关频率控制模块，其特征在于根据开关信号反馈实时控制 调整滞回比较阈值，达到预设的开关频率。
7.按照权利要求1所述的电机桥控制方法，其特征在于基于转子位置的矢量控制方 法，由转矩计算模块、控制外环、控制内环和开关频率控制模块组成。
8.按照权利要求7所述的转矩计算模块，其特征在于根据定子端的电压和电流计算电 机转矩T6。
9.按照权利要求7所述的控制外环，其特征在于采用基于电网电压的同步坐标系，采 用最小的励磁电流，并根据控制变量参考值Oyrf和实测控制变量值Te最终确定永磁电机 定子的三相参考电压Is—ref。
10.按照权利要求7所述的控制内环，其特征在于根据比较定子参考电流Isref和定子 测量电流Is及士 决定机网侧变流器的开关输出，使电机控制系统满足高动态性能。
全文摘要
一种连接电网的双向全功率变流器系统的控制方法，包括一个网络桥的控制方法和一个电机桥的控制方法。网络桥采用新型的滑模控制(Sliding mode control)，实现对于电网侧控制变量Is、Id以及Um的有效控制。此方法在保证网络桥在正常输出功率的同时，对系统内滤波器电容回路的谐振现象有充分的抑制作用。电机桥采用基于转子位置的矢量控制方法，实现对永磁电机转速ωr_ref和励磁电流的解耦控制。
文档编号H02P21/00GK102055400SQ201010516789
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者乌云翔, 邵诗逸 申请人:乌云翔, 邵诗逸