双馈风电机组pwm变换器的控制策略及其参数优化-东北电力大学.pdf
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第34 卷第5 期 东 北 电 力 大 学 学 报 Vol. 34 ,No. 5
20 14 年10 月 Journal Of Northeast Dianli University Oct. ,20 14
文章编号:1005 - 2992 (20 14 )05 - 0020 - 07
双馈风电机组 PWM 变换器的控制策略
及其参数优化
祝 贺,许大田,赵浩然,刘 豪,姜宰东,胡艺阳,于博文
(东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林1320 12)
摘 要:根据PWM 变换器的数学模型,结合矢量控制理论,提出运用非线性单纯形(Simplex)算法
对双馈风电机组PWM 变换器PI 控制器参数进行了优化方法,仿真结果表明了利用该优化方法能够改
善控制系统的各项动态性能,提高控制精度,且该算法具有良好的鲁棒性。依托DIPGEN 风机实验平
台,进行了风机三相故障实验,实验结果证明了所建立的PWM 变换器控制策略和提出的优化算法的可
行性和实用性。
关 键 词:双馈型风力发电机组;PWM 变换器;Simplex 算法;参数优化;风电测试
中图分类号:TM 614 文献标识码:A
0 引 言
从可持续发展的观点看,化石燃料终将枯竭,人们把更多日光投向了新能源,尤其是可再生能源,有
望能够成为解决当前能源与环境问题的最有效途径[1 - 3]。风力发电是可再生能源中技术最成熟、开发
应用规模最大和商业化程度最高的发电技术,风力发电具有建设周期短、运营成本低等优点,近年来,风
力发电得到了快速的进步和发展。变速风机,特别是双馈感应发电机(Doubly - Fed Induction Generator ,
DFIG),因其具有宽范围变速运行、变流器容量较小等优点,已成为当今风力发电的主要选择[4 - 7]。
双馈型风电机组定子直接接入电网,转子由PWM 变换器提供励磁电流,通过PWM 变换器可改变
转子电流的频率、幅值和相位,实施“交流励磁”。PWM 变换器是实现双馈风力发电机交流励磁的核心
部件,其控制效果的好坏直接决定了双馈风力发电机的电能质量[8 - 10]。PWM 变换器通常采用常规的
[11] [12] [13]
比例- 积分(PI)控制器 、内模控制器 、模糊控制器 。PI 控制器,以其简单的结构和较强的鲁棒
性广泛应用在工业控制中,通常作为复杂非线性动态系统的基本控制器。 目前,风电机组控制系统的基
本控制器大都选用PI 控制器。工程上一般采用试凑法来调整PI 控制器参数,使风电机组控制系统满
足动态响应的要求;但改变控制器参数在使某项指标得到改善的同时,可能会引起其它指标的恶化。因
此PI 控制器参数的优化问题成为控制器设计中的一个难点。
本文依据双馈风电机组PWM 变换器数学模型建立了电网电压定向矢量控制策略的网侧PWM 变
换器控制系统和定子磁链定向控制策略的转子侧PWM 变换器控制系统,并利用Simplex 算法对PWM
控制系统PI 控制器参数进行了优化。在电磁暂态仿真软件PSCAD / EMTDC 中对优化前后系统的动态
性能进行了比较,并检验了该算法的鲁棒性。最后对某型号双馈风电机组进行了电压跌落实验,将三相
短路条件下风机出口处的电压、电流、功率输出与同等故障条件下的仿真结果进行了对比。
收稿日期:20 14 - 08 - 10
基金项目:东北电力大学博士科研启动基金项目(BSJXM - 20 1221)
作者简介:祝 贺(1978 - ),男,黑龙江省讷河市人,东北电力大学建筑工程学院副教授,博士,主要研究方向:风力发电机组并网控
制方面的研究工作.
第5 期 祝贺等:双馈风电机组PWM 变换器的控制策略及其参数优化 2 1
1 PWM 变换器控制参数的优化
1. 1 非线性单纯性算法(Simplex)
Nelder and Mead 提出的非线性单纯形算法
(Simplex),是一种求取高维数复杂优化问题的直接
搜索算法,该算法是建立在几
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