[发明专利]一种新型的风电全功率变流器的控制方法

说明书

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I_s，详细地说，通过采集直流环节的电压进行反馈控制I_{s_q}，同时根据无功功率需求控制I_{s_d}。虽然传统的矢量控制法可以控制输出电流I_s，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，网络桥的控制采用滑模控制方法，以三相变流器的每一相作为一个独立的控制单元。根据滑膜控制的基本设计理念，本发明将网络桥整体电路以状态空间方程(State space)的方式表达。 

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