刘晓晓 王志明
（ 国网山东省电力公司烟台供电公司 烟台 264000）
摘要：选取适当的风机网侧变换器（Grid-side converter 简称GSC）控制策略对于风机的正常运行具有重要意义。本文将预测电流应用于风机的网侧变换器的控制，研究了网侧变换器（Grid-side converter 简称GSC）的数学模型，建立了基于电流预测的控制策略，借助仿真软件PSCAD进行仿真研究，仿真结果验证了本文分析和结论的正确性。
关键词：预测电流控制 网侧变换器 PSACD
1 引言
在双馈式变速恒频风力发电中，双馈发电机的转子通过两个背靠背的PWM变换器接入电网，其中与电网连接的部分称为网侧变换器。通常网侧变换器的设计大多是建立在d-q坐标系下，采用电压电流双闭环控制策略，电压外环主要控制直流侧电压稳定在指定值，电流内环则是按照电压外环输出的电流指令对有功无功电流进行控制，在同步旋转坐标系下产生合适的参考电压。然后对参考电压进行矢量变换得到三相静止坐标系下的三相电压，用于产生SVPWM脉冲，驱动开关。目前对于这类控制已有了许多控制策略[1,2]。然而这些控制策略由于涉及两个控制环，需要调节至少两对PI，这增加了调节PI的难度[3]也不利于与机侧变换器的协调工作。
所以本文研究了预测电流控制，并将其应用于风机网侧变换器。最后通过PSCAD仿真验证，证明了该策略的可行性。
2 网侧变换器的建模及分析
DFIG网侧PWM变换器拓扑结构如图1所示。假设图1中采用的功率器件是理想元件，根据网侧变换器的拓扑结构，并考虑三相无中线系统中三相电流电压之和为零，采用基尔霍夫电压电流定律得三相电网电压平衡时三相静止坐标系下网侧PWM变换器的数学模型：
静止三相坐标系中建立的数学模型虽然物理意义清晰、简单直观，但三相电源是相互耦合的，而且变换器交流侧均为时变交流量，不利于控制系统的实现。通常的做法是通过坐标变换将三相静止ABC坐标系中的量转换到以电网基波频率同步旋转的d-q坐标系中，则如果电网输入电压三相对称，经坐标变换后得到的d、q分量均为直流，且d-q坐标系中的d轴电流为系统输入有功电流，q轴电流为系统无功电流。这样可以实现三相PWM网侧变换器的有功和无功分量无耦合、独立控制，很容易实现输入功率因数为1。这种方案实现简单，但PI参数的整定比较复杂，影响电流跟踪控制的动态性能。为解决上述问题，采用了两相静止坐标系下的电流预测控制方法，脉宽调制方式为电压空间矢量脉宽调制，电压外环采用传统的PI调节器，控制方式简单，且容易数字实现。
对式（1）坐标变换，可以得到GSC在两相静止坐标系（α-β）下的数学模型。
将式（4）和（5）代入（3）中，可以得到电压指令信号：
图3 直流侧电压
图4 交流侧电压波形
5 结论
在电网不平衡条件下，以网侧单位功率因数和稳定直流侧电压为控制目标，搭建了不平衡控制策略。为了达到更好的控制效果，引入利润结构完全对称的正序、负序坐标系（d,q）双电流内环控制，从而实现了对正序和负序电流的独立控制。同时针对了该策略需要准确的分离正负序分量的要求，对比分析了几种分离方法。仿真结果表明该策略在电网不平衡时能够实现对网侧变换器的有效控制。
参考文献
Wu R, Dewan S B, Slemon G R. Analysis of an ac to dc voltage source converter using PWM with phase and amp litude control[J]. IEEE Trans Ind. , 1991, 27: 355-364.
杨德刚,刘润生,赵良炳. 三相高功率因数整流器的电流控制[J]. 电工技术学报, 2000, (2):83-87.
ZHANGW F, FENG G F, L IU Y F. A new predictive control strategy for power factor correction [J]. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2003(1):403-409.
作者简介
刘晓晓,女，工程师，1987年生，从事电网规划方向的研究。
王志明,男，硕士研究生，1985年生，从事风力发电、电力系统自动化方向的研究。
论文作者:刘晓晓,王志明
论文发表刊物:《电力设备》2015年7期供稿
论文发表时间:2016/2/16
标签：变换器论文; 电流论文; 坐标系论文; 电压论文; 电网论文; 策略论文; 风机论文; 《电力设备》2015年7期供稿论文;