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风电并网逆变器控制技术的研究

风电并网逆变器控制技术的研究

作者：冯典森湖南工业大学

学位级别：硕士

风能作为一种重要的绿色清洁能源越来越受到了人们的重视,风力发电技术也在一代又一代人的不懈努力中日趋成熟。然而提高风电并网逆变器的电能质量及其功率控制依然是当今研究的热点所在。本文主要对风电并网逆变器的控制技术进行了分... 详细信息

风能作为一种重要的绿色清洁能源越来越受到了人们的重视,风力发电技术也在一代又一代人的不懈努力中日趋成熟。然而提高风电并网逆变器的电能质量及其功率控制依然是当今研究的热点所在。本文主要对风电并网逆变器的控制技术进行了分析和探讨,对模糊PI控制技术、神经网络PI控制技术和SVPWM控制算法进行了重点研究,主要研究内容为以下几点:第一,对风电并网逆变器的基本原理进行了阐述,搭建了电压源型PWM逆变器的数学模型,并对逆变器输出有功和无功功率的解耦控制进行了研究。第二,对逆变器电压电流双闭环控制策略进行了研究,外环用模糊PI控制器,内环用神经网络PI控制器取代传统的PI控制器,使得直流母线电压发生扰动时,控制器能够迅速、有效地调节PI参数进行实时控制,确保逆变器输出有功功率的稳定性。第三,对传统型空间电压矢量控制进行了改进,提出了区域细分式SVPWM控制算法,增加选择条件,将原来的6个扇区改为12个扇区,经过改进后,逆变器的开关损耗得到了有效降低,开关过程中的谐波影响得到了有效抑制,提高了并网电能的质量。第四,对单同步坐标系锁相环控制技术进行了研究,对电网电压矢量的正相序信号进行处理控制,使得锁相环输出的相位角与电网电压矢量信号保持同步,确保实时跟踪电网电压矢量的相位角信号,顺利实现并网过程。第五,对基于TMS320F28035的并网逆变器硬件电路进行了设计,其中包括主电路的器件选型和参数计算,以及信号采样电路,IPM驱动电路,检测及保护电路的原理图设计。对于本文的研究内容,在Matlab/Simulink软件上搭建了仿真平台,并对本文中所采用的控制方法进行了仿真,将其与传统控制方法的仿真波形进行分析对比,结果表明,本文所采用的控制方法的效果更优良,此方法的理论可行性得到了证明。

关键词：风电并网逆变器模糊PI控制器神经网络PI控制器空间电压矢量控制锁相环控制

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风电并网逆变器双闭环控制系统的研究

风电并网逆变器双闭环控制系统的研究

作者：杨霞天津理工大学

学位级别：硕士

化石燃料的大量消耗和环境问题促使清洁可再生能源发电得到大力发展。风能作为一种可再生的清洁能源为缓解上述问题提供了一种切实可行的解决方案。永磁直驱风力发电系统因发电效率高、可靠性高等优势在风力发电中广泛应用。风电机组大... 详细信息

化石燃料的大量消耗和环境问题促使清洁可再生能源发电得到大力发展。风能作为一种可再生的清洁能源为缓解上述问题提供了一种切实可行的解决方案。永磁直驱风力发电系统因发电效率高、可靠性高等优势在风力发电中广泛应用。风电机组大规模并网对电网的电能质量和稳定性等的影响越来越明显。作为连接风电部分与电网部分的重要组成元件,风电并网逆变器在保障电力供应方面起到举足轻重的作用,因此对风电并网逆变器的控制策略进行研究具有一定的意义。首先,本文从课题背景出发,介绍风电行业的发展现状、风电并网逆变器双闭环控制的研究现状以及自抗扰控制技术(ADRC)的研究现状。其次,介绍了风电并网逆变器的数学模型,为并网逆变器传统控制策略与基于线性自抗扰控制技术(LADRC)的双闭环结构的应用打下了理论基础。根据数学模型介绍了并网逆变器传统的双闭环控制结构,分析了传统控制策略PI控制器参数的选取。接着,分析了一阶LADRC的结构、设计原理并对二阶线性扩张状态观测器(LESO)的无差估计、一阶LADRC的稳定性、跟踪性与抗扰性进行了理论证明,然后从提高直流母线电压动态性能的角度设计了基于LADRC的双闭环结构,内环应用LADRC改善并网电流的质量,外环应用LADRC提高直流母线电压的抗扰性能。再次,为进一步提高LADRC的扰动观测性能,设计了在扰动观测通道上增加比例微分控制器的改进LADRC,从频域上对改进LADRC的稳定性、跟踪性与抗扰性进行了证明。将改进的LADRC应用于电压外环,进一步提高了直流母线电压的抗扰性能。最后,通过Simulink仿真软件验证了所设计的基于LADRC的双闭环结构与传统的PI双闭环结构相比在电网电压突变情况下提高直流母线电压动态性能的有效性。

关键词：风电并网逆变器线性自抗扰控制双闭环控制比例微分控制

基于降阶线性扩张状态观测器的风电并网逆变器线性自抗扰控制

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电测与仪表 2023年第8期60卷 157-163页

作者：周雪松周泳良马幼捷天津理工大学电气电子工程学院天津300384

针对风电并网逆变器直流母线电压易受电网电压波动和负载扰动影响的问题,提出了一种电压外环改进型线性自抗扰控制(LADRC)。建立了风电并网逆变器在d-q旋转坐标系下的数学模型,在此基础上,设计了基于降阶线性扩张状态观测器的线性自抗... 详细信息

针对风电并网逆变器直流母线电压易受电网电压波动和负载扰动影响的问题,提出了一种电压外环改进型线性自抗扰控制(LADRC)。建立了风电并网逆变器在d-q旋转坐标系下的数学模型,在此基础上,设计了基于降阶线性扩张状态观测器的线性自抗扰控制,减小了观测器的相位滞后,提高了系统的扰动观测精度;在观测器总扰动通道上增加了一个超前滞后的校正环节以减弱观测器的噪声放大效应;文章对改进型LADRC控制策略进行了频域特性分析。仿真结果表明,相比于传统LADRC控制策略,所提的控制策略对并网逆变器直流母线电压具有更好的控制效果。

关键词：风电并网逆变器线性自抗扰控制降阶线性扩张状态观测器校正环节频域特性

基于边界圆限定的风电并网逆变器模型预测功率控制

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电力系统及其自动化学报 2024年第3期36卷 126-131,141页

作者：文立斌胡弘卢广陵吴健旭窦骞广西电网有限责任公司电力科学研究院南宁530023

随着风电机组单机容量不断增长,要求风电并网逆变器的开关频率较低以降低损耗,为此提出一种新型单边界圆限定模型预测功率控制策略。该策略根据当前时刻功率误差与预设边界圆的位置关系决定下一时刻最优矢量的选择原则,无需复杂的坐标... 详细信息

随着风电机组单机容量不断增长,要求风电并网逆变器的开关频率较低以降低损耗,为此提出一种新型单边界圆限定模型预测功率控制策略。该策略根据当前时刻功率误差与预设边界圆的位置关系决定下一时刻最优矢量的选择原则,无需复杂的坐标变换即可将功率误差限制在系统允许范围内,同时通过选取合适的边界圆半径减小了风电并网逆变器的平均开关频率。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中验证了该策略的有效性和正确性。

关键词：风电并网逆变器边界圆限定最优矢量选择功率误差

电网对称短路故障下直驱风电并网逆变器暂态同步特性研究

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可再生能源 2021年第11期39卷 1502-1508页

作者：于海徐贵姚骏曹斌刘远李伟光郝文海内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古呼和浩特010020 内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局内蒙古包头014030 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆大学重庆400044

电网在对称短路故障下,风电并网逆变器容易出现暂态失稳问题。文章首先建立直驱风电并网逆变器简化模型,得到了其与电网的频率同步方程,研究了电网电压跌落程度、锁相环参数对直驱风电并网逆变器暂态同步过程中等效功角和频率响应特性... 详细信息

电网在对称短路故障下,风电并网逆变器容易出现暂态失稳问题。文章首先建立直驱风电并网逆变器简化模型,得到了其与电网的频率同步方程,研究了电网电压跌落程度、锁相环参数对直驱风电并网逆变器暂态同步过程中等效功角和频率响应特性。由于电网电压跌落会使得并网逆变器的频率出现较大超调和振荡,严重影响并网逆变器的暂态同步性能,而在故障期间,降低锁相环积分系数可以提高并网逆变器等效惯量和阻尼,从而有利于提高系统暂态稳定性。在Matlab/Simulink中建立了直驱风电并网逆变器的时域仿真模型,通过仿真验证了理论分析的正确性。

关键词：风电并网逆变器暂态稳定性频率同步方程锁相环

基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略

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三峡大学学报（自然科学版） 2024年第5期46卷 76-84页

作者：冉华军王新权王灿罗娇娇李敖三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器... 详细信息

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器和电流内环准PR控制器代替传统的PI控制器,同时对两种控制器的参数进行了设计并整定;最后,在Matlab软件中构建仿真模型,进行了仿真分析和波形对比.结果表明:相较于传统的双闭环PI控制策略,新型控制策略不仅能够快速地稳定直流母线电压,而且交流侧电流的总谐波失真小;并且在电网电压发生扰动的工况下,仍有较好的控制性能.综上所述,基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略具有较好的抗扰性和优越的鲁棒性.

关键词：风电并网逆变器线性自抗扰控制准比例谐振控制谐波抑制

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风电并网逆变器的双闭环自抗扰控制策略研究

山东电力技术 2022年第11期49卷 70-77页

作者：杨霞李琛杨路勇胡延兵段大伟国网山东省电力公司禹城市供电公司山东禹城251200

为提高风电并网逆变器在同步旋转坐标系下dq轴电流的解耦效果及电网故障下母线电压的抗扰性能,提出一种新线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的双闭环结构。根据风电并网逆变器的数学模型,得到传统的基... 详细信息

为提高风电并网逆变器在同步旋转坐标系下dq轴电流的解耦效果及电网故障下母线电压的抗扰性能,提出一种新线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的双闭环结构。根据风电并网逆变器的数学模型,得到传统的基于PI控制的电压电流双闭环系统,分析电流内环控制在电流解耦中存在的局限性。将LADRC技术用于内环以削弱dq轴电流间的耦合,外环应用LADRC技术提高系统的抗扰性能。通过仿真对所提出的新型双闭环结构的控制性能进行验证,结果表明该控制结构在解耦效果、抗扰性能等方面均优于传统的PI双闭环结构。对大型风电机组并网的稳定性控制具有实际意义。

关键词：风电并网逆变器双闭环电流解耦抗扰性能

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风力发电并网逆变器的研究与设计

风力发电并网逆变器的研究与设计

作者：冯善胜山东理工大学

学位级别：硕士

为了舒缓用电压力,保护社会生态等问题,随着“节能环保”概念的提出,使得新型能源发电日益受到各国的重视,必将成为一种至关重要的发电形式。并网逆变器是风力发电的重要能量转换环节,为保证发电的高效性以及电能质量的优化,对并网逆变... 详细信息

为了舒缓用电压力,保护社会生态等问题,随着“节能环保”概念的提出,使得新型能源发电日益受到各国的重视,必将成为一种至关重要的发电形式。并网逆变器是风力发电的重要能量转换环节,为保证发电的高效性以及电能质量的优化,对并网逆变器的合理设计至关重要。本文从原理分析、控制策略的研究、主电路与控制电路的设计、建模仿真以及实验设计等方面对低压并网逆变器进行了研究。首先,从风力发电并网逆变器的理论分析入手,先对逆变器的逆变原理及逆变控制技术进行了分析,然后对并网逆变系统的工作过程进行了分析。接着对并网逆变器的数学模型进行了创建,分别建立了在三相静止坐标系下的数学模型、两相旋转坐标系下的等效模型以及在小信号扰动下的模型。其次,对传统控制思想的劣势进行了简单的分析,然后介绍了瞬时无功理论的控制思想,并且在三相直角坐标系下、两相静止坐标系下以及两相旋转坐标系下对有功功率和无功功率进行了推导,从而确定了瞬时无功理论在并网逆变系统控制策略中的应用。在控制方面通过调节对系统的电流内环以及电压外环进行调节,以及通过对开环系统和闭环系统的理论分析说明了调节的重要性。再次,根据理论分析,对并网逆变器的总体结构进行了设计,并且提出了相应的参数指标,然后对并网逆变系统主电路参数进行了理论分析,包括直流侧电容的选取分析和交流侧电感的选取分析。在控制方面确定了采用芯片为的核心元件,然后对控制系统进行了硬件设计,包括包括及其基本外围电路、电源电路和复位电路、仿真电路、外部扩展电路、采样电路、转换电路、电路、过零检测电路、电流采样处理电路、电压采样处理电路、信号发生电路、逆变驱动电路。然后进行了控制系统软件方面的设计,包括主程序、中断服务子程序的设计以及产生波的设计。最后,用软件在环境下对并网逆变系统进行了建模以及仿真分析,仿真结果达到了设计指标。并且,在实验室设计了一台额定容量为的并网逆变控制器样机,对产生的实际运行波形进行了记录分析,验证了设计方案的合理性。

关键词：风电并网逆变器控制策略 SPWM 瞬时功率理论