基于PI参数优化的风电系统变流器的研究

摘  要： 通过风电系统变流器的模型，提出在机侧和网侧采用PWM控制。机侧采用速度外环和电流内环的双闭环控制策略；网侧采用直流电压外环和电流内环的双闭环控制策略。对PI控制器的参数进行整定，通过ITAE寻找最优参数，使得系统实现优化控制及单位功率因数传递电能。仿真和实验表明，整定的PI控制器参数可使系统达到很好的控制效果。
关键词： 风力发电；PI控制器；最优控制；解耦控制
   　直驱型风力发电系统是一种新型的风力发电系统，它采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电， 通过功率变换电路将电能转换后并入电网，省去了传统双馈式风力发电系统中的齿轮箱，系统效率大为提高，有效抑制了噪声干扰[1]。
　目前风力发电系统通常采用不控整流或二电平PWM整流电路，导致交流侧电压电流波形较差，功率因数不高，尤其对于交流侧发电机的稳定正常运行极为不利。因此，本文介绍了采用双PWM控制，机侧和网侧都采用双闭环的控制策略，并对内环和外环的PI控制器进行设计，通过ITAE寻找最优的比例系数和积分系数，使得系统达到很好的解耦效果，实现了高功率因数传递。
1 直驱风力发电系统电压源型基本结构
     电压源型的永磁电机直驱风力发电系统的电路拓扑结构[2]，采用大功率的电力电子器件绝缘双极型晶体管(IGBT)，是一种结合大功率晶体管及功率场效应晶体管两者特点的复合型电力电子器件，既具有工作速度快，驱动功率小的优点，又兼有大功率晶体管的电流大，导通压降低的优点。因此在系统中采用基于IGBT的整流器和逆变器，其拓扑结构为普通的三相桥式结构。直流环节并联大电容，可维持电压恒定。电网侧串联电感可用于滤波。通过系统的控制，将永磁电机发出的变频变幅值电压转化为可用的恒频电压，达到了俘获最大风能的目的。