[发明专利]直流母线电压控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流母线电压控制系统及其控制方法，涉及风力发电领域。直流母线电压控制系统包括：依次串接的直流电压调节模块、电流控制模块、直流侧模块和制动状态前馈模块，直流侧电压V_dc与制动状态参数D_c相乘后，输入到制动状态前馈模块，制动状态前馈模块的输出作为制动补偿电流I_c，制动补偿电流I_c以前馈形式馈入电流控制模块和直流侧模块之间的电流补偿节点，与电流控制模块的输出I_d做差后输入直流侧模块；制动状态参数D_c为表征直流侧制动装置动作状态的动态参数；制动状态前馈模块为根据制动状态参数D_c计算补偿电流的运算模块。解决了电压调节的动态过程中直流电压大范围波动的问题。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别是涉及直流母线电压的控制系统和控制方法。

背景技术

随着风力发电装机容量的不断提高，风电在电网中所占的比例日益增大，并网风电系统与电网之间的相互影响也越来越大，为了在风电系统或者电网电压发生波动时使二者的相互影响减小，要求风电系统有较强的电压穿越能力。以永磁直驱式风力发电系统为例，通过控制直流母线电压的恒值控制来实现风力发电系统的机侧和网侧的电压匹配是一种很好的控制手段。

现有技术公开了一种控制方案，其控制系统结构如图1所示。其中，风电系统采用了双PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)变换器结构，变换器中间的直流环节用以实现前后两个变换器的解耦，直流环节由电容器C实现。

直流环节的作用在于，使网侧和机侧的变换器的控制可以相互独立，当网侧出现轻微故障时，可以通过对网侧变换器的调节控制直流母线电压稳定而不影响机侧变换器的控制；反之，电机侧出现非正常运行时，只要通过电机侧的变换器控制即可保证最大风能跟踪即MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)的实现，对于网侧变换器只相当于一个负载扰动，如此实现功率的双向流动，对电网故障由一定的适应能力。同时，为了防止直流母线的电压过高，在直流环节加入了“卸荷电路”，“卸荷电路”由开关功率器件和一电阻串联构成，其控制方式为，当直流母线电压超出限定值时，开关功率器件导通，从而调节直流电压接近给定值。

在图1的控制系统中，发电机侧PWM变换器的控制器由MPPT、电流控制模块和SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)模块串接实现；电网侧PWM变换器的控制器由电压控制模块、电流控制模块、SVPWM模块串接实现；卸荷电路控制器则为单独的PI控制模块。其中，卸荷电路控制器的一种实施方式如图2所示，功率器件的输入端/输出端与电阻串联后，并联接于电容C的两端。卸荷电路控制器包括PI调节器(即比例积分调节器)和比较器，由直流环节电压检测值U_dc与故障状态时的参考电压U_{dc_ref}比较后生成差值信号ΔU_dc，经PI调节器后送入比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端输入时钟脉冲信号，比较器的输出端连接功率器件的控制端。通过控制功率器件的导通和关断，从而调节直流电压接近设定值。

以图1、图2所示的控制系统结构为代表，现有的直流母线电压控制策略中，对于母线电压的异常波动都是采用单电压环控制的方式，这种控制结构中，当直流母线电压出现波动时，这种变动对于整个控制系统来说作为扰动而存在。并且，由于变流器直流控制环缺少能够反映卸荷电路对直流电压影响的环节，在卸荷电路工作时直流控制环不能够准确调节直流电压，在直流电压调节的动态过程中，卸荷电路的功率器件由于直流电压的波动会反复通断，引起直流电压大范围波动。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种直流母线电压控制器及其控制方法。旨在减少非正常运行状态出现后电压调节过程中的直流侧电压振荡，防止系统不稳定。