[发明专利]一种基于双闭环控制的双馈风机整流器阻抗计算方法

摘要

本发明公开了一种基于双闭环控制的双馈风机整流器阻抗计算方法，根据电路拓扑及控制框图建立电气量、控制量之间的关系式，推导出闭环阻抗的表达式并对其进行验证：根据电路拓扑建立电气量之间的关系式，分别包括占空比信号、直流侧电压、网侧电压和网侧电流，根据控制框图建立电流内环控制和电压外环控制部分的数学模型，然后根据电路与控制之间的联系建立锁相环部分的数学模型，联合以推导出闭环阻抗表达式；最后通过输入不同频率下的扰动、计算阻抗值的方法，验证了阻抗计算方法的正确性。本发明为双馈风机整流器的稳定性研究奠定了基础，可以通过阻抗的分析以调节参数来避免出现谐波不稳定等危害电力系统的现象。

主权项

1.一种基于双闭环控制的双馈风机整流器阻抗计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按照整流器在dq轴下的电路拓扑建立整流器电路的小信号模型：其中：式中：与分别为网侧电流和电压在dq轴下的小信号分量，为直流侧电压的小信号分量，为调制信号dq轴下的小信号分量；L_n、R_n为整流器网侧电感与电阻；C_d、R_d为直流侧的电容与电阻；D_d、D_q为dq轴下静态工作点的开关状态量；I_d、I_q为dq轴下静态工作点的电流量；ω为交流侧电压基波角频率；U_dc为电压给定参考值；s为拉普拉斯变换的复变量；A、B、C、D分别表示电路小信号模型中的模块矩阵；以上小信号量为电路系统中的数学模型，皆省略代表电信号的上标m；根据主电路的小信号模型，得到电路部分的模块传函：GA＝[0 0 1 0 0]A‑1B GB＝[0 0 1 0 0]C‑1D其中：GA为电路中udc到ddq的模块传递函数；GB为电路中udc到udq的模块传递函数；GC为电路中idq到ddq的模块传递函数；GD为电路中idq到udq的模块传递函数；步骤2：建立dq轴下双闭环控制的小信号模型，包括电流内环控制与电压外环控制：电流内环控制：其中：电压外环控制：其中：式中：为交流测电压在dq轴下的给定值；为网测电流在dq轴下的给定值；k_igP、k_igI为电流内环控制的比例、积分调节系数；为电压外环控制的比例、积分调节系数；G_ipI为控制中实际值与给定值的差值到的模块传递函数；G_oi为控制中到的模块传递函数；G_uce为控制中到的模块传递函数；G₂₁为控制中U_dc到的模块传递函数；以上为控制系统的数学波形，皆省略上标c；步骤3：建立dq轴下锁相环部分的小信号模型，电路信号到控制信号传递过程的数学模型为：其中：式中：带有上标m的小信号分量为电信号，带有上标c的小信号分量为控制信号；E_d为dq轴下静态工作点的网压u_d的幅值；G_pi为锁相环部分比例积分模块的传递函数K_ppll和K_ipll分别为锁相环模块的比例、积分调节系数；E₂₂为锁相环部分u_dq在电路模块中的小信号分量到控制模块中小信号分量的模块传递函数；H₂₂为锁相环部分u_dq在电路模块中的小信号分量到d_dq在控制模块中小信号分量的模块传递函数；F₂₂为锁相环部分u_dq在电路模块中的小信号分量到i_dq在控制模块中小信号分量的模块传递函数；步骤4：得出三相整流器的闭环阻抗；闭环阻抗的形式为：式中：Zdq为三相整流器的闭环阻抗矩阵；Zdd(s)、Zdq(s)、Zqd(s)、Zqq(s)分别为dd轴、dq轴、qd轴、qq轴下的闭环阻抗表达式；结合电路、控制及锁相环的数学方程，得到三相整流器的闭环阻抗：式中：G_PWM为系统的延时传函，T_s为开关周期；G_q代表控制信号需进行的标幺化处理，K₂₂为整流器电路的小信号模型中dq坐标量与αβ坐标量之间的关系，且：