双馈风力发电机双PWM变换器协同控制
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ａｄｊｕｓｔｓ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒ ｉｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｎｏ ｓｔａｔｉｃ
ｅｒｒｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ＡＣ ｉｎｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ， ａｎｄ ｃａｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｌｏｗ—ｏｒｄｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｔｓｅｌｆ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｅａｒｌ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ．
流调 节达到 协 同控 制的 目的 ，而且 提 高 了控 制 系统 的鲁棒 性 和 电 网电能 的质量 控制 ；单 神经 元谐 振控 制 ；转子 侧 变换器 ；网侧 变换 器
中图分 类号 ：ＴＭ ４６
文献 标 志码 ：Ａ
Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｄｕａｌ－ＰＷ Ｍ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｘｉａｏｌｅｉ，ＧＵＡＮ Ｐｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄ－ｑ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆ ｌａｍｅ，ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒｏｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｋｅｅｐｓ Ｄ Ｃ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ
双 馈风 力发 电系统 的控 制包 括对 转子 侧变 换器
和 网侧 变换 器 的控 制 ，其 常用 的控 制 方 式是 基 于 电 网 电压 定 向或 者 定 子 磁链 定 向 的 ＰＩ控 制 。转 子 侧 变 换器 主要 通 过转 子侧 ｄ—ｑ轴 电流 实现对 定 子侧 有 功 功率 和无 功功 率 的解耦 控 制 ，网侧 变换 器 主要 维 持 直流母 线 电压 的 稳 定 以及调 节 网侧 的功 率 因数 。 文 献 ［４－５］提 出了一 种 基 于传 统 ＰＩＤ控 制 器 和谐 振 控 制器 相结 合 的控 制 策 略 ，该 控 制 策 略提 高 了双 馈 电机 控 制系 统 的鲁 棒 性 和 电 网 电能 的质 量 ，然 而 传
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙ ｆ ｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）；ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒａｌ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；
ｒｏｔｏｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｇｒｉｄ—ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
０ 引 言
随 着风 力发 电技术 的不 断发 展 和装机 容 量 的持 续增 加 ，双馈 异 步风 力发 电机 因其 变换 器 容量 小 、变 速运 行 范 围广等 优 点而得 到 广泛 应用 。对 双馈 异 步 风力 发 电机 转子 侧 和 网侧 变 换器 控制 策 略的研 究成 为 关注 的焦 点 。』。
ＤＯＩ：１０．１６５０８／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—５８６６／ｎ．２０１８．０３．０１９
双 馈 风 力 发 电 机 双 ＰＷＭ 变 换 器 协 同控 制
李 小 雷 ，管 萍
（北京信息科技大学 自动化学院 ，北京 １００１９２）
摘 要 ：基 于两相 旋转 ｄ—ｑ坐标 系下双馈 风 力发 电机 转 子侧 和 网侧 变换 器的 数 学模 型 ，
设 计 了单神 经元 自适应控 制器和 谐振 控 制 器 ，提 出了网侧 和转 子侧 变换 器 的协 同控 制 策略 。基 于 电 网电压 定 向的 解耦 控 制 ，转子侧 变换 器 实现 对 定子 侧 输 出有功 功 率 和 无功 功 率 的 跟踪 调 节 ，网
侧 变换 器维持 直流母 线 电压 稳 定和调 节 功率 因数 。该 方 法能够 对 交 流输入 信 号 实现无 静 差控 制 ， 能够 实现 对 系统 自身产 生 的低 次谐 波进行 补偿 。仿 真 分析 表 明 ，该 控 制 策略 不仅 能通 过精 准 的 电
第 ３３卷 第 ３期 ２０１８年 ６月
北 京 信 息 科 技 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＶｏＩ．３３ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１８
文 章 编 号 ：１６７４—６８６４（２０１８）０３—００９０—０５
ｅｒｒｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ＡＣ ｉｎｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ， ａｎｄ ｃａｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｌｏｗ—ｏｒｄｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｔｓｅｌｆ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｅａｒｌ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ．
流调 节达到 协 同控 制的 目的 ，而且 提 高 了控 制 系统 的鲁棒 性 和 电 网电能 的质量 控制 ；单 神经 元谐 振控 制 ；转子 侧 变换器 ；网侧 变换 器
中图分 类号 ：ＴＭ ４６
文献 标 志码 ：Ａ
Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｄｕａｌ－ＰＷ Ｍ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｘｉａｏｌｅｉ，ＧＵＡＮ Ｐｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄ－ｑ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆ ｌａｍｅ，ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒｏｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｓｉｄｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｋｅｅｐｓ Ｄ Ｃ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ
双 馈风 力发 电系统 的控 制包 括对 转子 侧变 换器
和 网侧 变换 器 的控 制 ，其 常用 的控 制 方 式是 基 于 电 网 电压 定 向或 者 定 子 磁链 定 向 的 ＰＩ控 制 。转 子 侧 变 换器 主要 通 过转 子侧 ｄ—ｑ轴 电流 实现对 定 子侧 有 功 功率 和无 功功 率 的解耦 控 制 ，网侧 变换 器 主要 维 持 直流母 线 电压 的 稳 定 以及调 节 网侧 的功 率 因数 。 文 献 ［４－５］提 出了一 种 基 于传 统 ＰＩＤ控 制 器 和谐 振 控 制器 相结 合 的控 制 策 略 ，该 控 制 策 略提 高 了双 馈 电机 控 制系 统 的鲁 棒 性 和 电 网 电能 的质 量 ，然 而 传
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙ ｆ ｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）；ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｎｇｌｅ ｎｅｕｒａｌ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ；
ｒｏｔｏｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｇｒｉｄ—ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
０ 引 言
随 着风 力发 电技术 的不 断发 展 和装机 容 量 的持 续增 加 ，双馈 异 步风 力发 电机 因其 变换 器 容量 小 、变 速运 行 范 围广等 优 点而得 到 广泛 应用 。对 双馈 异 步 风力 发 电机 转子 侧 和 网侧 变 换器 控制 策 略的研 究成 为 关注 的焦 点 。』。
ＤＯＩ：１０．１６５０８／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—５８６６／ｎ．２０１８．０３．０１９
双 馈 风 力 发 电 机 双 ＰＷＭ 变 换 器 协 同控 制
李 小 雷 ，管 萍
（北京信息科技大学 自动化学院 ，北京 １００１９２）
摘 要 ：基 于两相 旋转 ｄ—ｑ坐标 系下双馈 风 力发 电机 转 子侧 和 网侧 变换 器的 数 学模 型 ，
设 计 了单神 经元 自适应控 制器和 谐振 控 制 器 ，提 出了网侧 和转 子侧 变换 器 的协 同控 制 策略 。基 于 电 网电压 定 向的 解耦 控 制 ，转子侧 变换 器 实现 对 定子 侧 输 出有功 功 率 和 无功 功 率 的 跟踪 调 节 ，网
侧 变换 器维持 直流母 线 电压 稳 定和调 节 功率 因数 。该 方 法能够 对 交 流输入 信 号 实现无 静 差控 制 ， 能够 实现 对 系统 自身产 生 的低 次谐 波进行 补偿 。仿 真 分析 表 明 ，该 控 制 策略 不仅 能通 过精 准 的 电
第 ３３卷 第 ３期 ２０１８年 ６月
北 京 信 息 科 技 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＶｏＩ．３３ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１８
文 章 编 号 ：１６７４—６８６４（２０１８）０３—００９０—０５