适用于分散式接入风电机组的并网变流器鲁棒控制技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xianzhiwangsu
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随着我国风电建设规模不断扩大,风电并网消纳问题变得十分严重。分散式接入风力发电是解决当前风电并网和消纳难题的有效途径之一。然而如何提高风电机组在配电网中的运行可靠性仍是当前制约分散式接入发展的技术瓶颈之一。本文针对分散式接入风电中并网变流器的鲁棒控制技术展开研究,主要内容包括H∞电流鲁棒控制技术与无交流电压传感器并网控制技术,研究的目的在于提高并网变流器在电路参数和扰动不确定、电网电压频率和幅值波动等非理想情况下的电网适应性。  首先,针对风电中常用的三相电压型并网变流器,建立了高频开关模型与各个坐标系下的控制模型。分析了常规双闭环PI和PR控制的等效性,并给出了相关控制参数的整定方法。通过对小信号线性化模型的分析,提出了电流鲁棒控制问题。  其次,研究了分散式接入风电中并网变流器的鲁棒控制问题。简要介绍了H∞控制理论,以及基于小增益原理的混合灵敏度控制方法。分析了并网变流器在运行中可能出现的参数变化、电压以及电流扰动等不确定性摄动,建立了变流器的不确定性模型,并给出了适用于电流鲁棒控制的标准H∞问题。根据变流器的控制目标以及不确定性摄动的特点,详细分析了电流鲁棒控制问题中的T-S回路整形方法及其权函数的整定原则。为了抑制LCL型滤波器中存在的固有LC谐振,提出将LC谐振作为不确定噪声电流扰动,并根据噪声特点给出了对应的噪声模型及其参数整定方法。理论分析与对比实验都表明所提H∞电流控制器具有较强的鲁棒稳定性。  第三,针对配电电压波动较大的问题,研究了一种基于正交滤波器的无交流电压传感器控制策略。利用二阶广义积分器对特定频率交流信号的无差跟随特性构成正交滤波器,从而能在两相静止坐标系下直接对电网电压进行观测,避免了传统虚拟磁链观测中的积分饱和、初值敏感、静态误差等问题。为了进一步提高变流器的电网适应能力,通过反馈锁相环输出的频率信号得到一种具有频率自适应特性的无交流电压传感器控制策略。研究并提出了一种可用于滤波器电感参数自适应辨识的控制原理。通过仿真与实验验证了所提出的理论。  第四,为提高分散式接入风电的在电网故障时的电压支撑能力,研究了并网变流器的负序电流补偿控制技术。在两相静止坐标系下,推导得到一种简化的补偿给定算法,用于实现三相电流或功率对称等控制目标。分析了利用正交滤波器输出量进行正负序分离的方法,从而提高了无交流电压传感器控制在不对称电网电压条件下的动态响应速度。分析了变流器在不对称电网条件下的运行范围。通过仿真与实验验证了所提出的理论。
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