仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了采用所提控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法能夠有效減少控制器參數(shù)設(shè)計(jì)工作量，并且取得良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能。

基于背靠背全功率變流器的直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（Direct Permanent Magnet SynchronousGenerator Wind Generation System, D-PMSG-WGS）具有效率高、抗電網(wǎng)故障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，正逐漸成為研究熱點(diǎn)。背靠背變流器按照直流環(huán)節(jié)儲(chǔ)能元件的不同分為電壓源型變流器（Voltage SourceConverter, VSC）和電流源型變流器（Current Source Converters, CSC）[2]。一般背靠背變流器的控制分為機(jī)側(cè)控制和網(wǎng)側(cè)控制，且控制器主要采用PI控制這種經(jīng)典且實(shí)用的控制結(jié)構(gòu)[3-5]。

為了獲得最優(yōu)的控制系統(tǒng)閉環(huán)性能，現(xiàn)有文獻(xiàn)大都是根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)幅頻特性來設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。在工程應(yīng)用中的經(jīng)典方法是在忽略延時(shí)、采樣濾波等環(huán)節(jié)后將系統(tǒng)傳遞函數(shù)近似為一階或二階系統(tǒng)再采用零極點(diǎn)對消的方法進(jìn)行比例積分（Proportional-Integral,PI）參數(shù)的簡單設(shè)計(jì)[6-8]，但這些處理導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，從而使得控制效果不好，往往需要對計(jì)算得到的控制器參數(shù)進(jìn)行再調(diào)節(jié)。

近年來隨著智能算法研究的深入，部分文獻(xiàn)在控制器參數(shù)設(shè)計(jì)中引入了一些復(fù)雜的PI參數(shù)智能優(yōu)化算法，如自適應(yīng)全局最優(yōu)和聲搜尋（Self- adaptiveGlobal Best Harmony Search, SGHS）算法[9]、改進(jìn)粒子群（Particle SwarmOptimization, PSO）算法[10]、神經(jīng)元算法（NeuronAlgorithm, NA）[11]和混合遺傳算法（Hybrid Genetic Algorithm, HGA）[12]等。

這些算法雖然準(zhǔn)確有效，但是由于其復(fù)雜的計(jì)算過程而不具有通用性，如采用PSO算法和HGA等都需要針對特定系統(tǒng)構(gòu)造需要的目標(biāo)函數(shù)，這意味著當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功率等級(jí)、控制目標(biāo)等發(fā)生變化時(shí)，需要投入額外工作量以重新配置智能算法計(jì)算所需參數(shù)。由此可見，PI參數(shù)設(shè)計(jì)方法應(yīng)當(dāng)全面考慮準(zhǔn)確性和通用性。

文獻(xiàn)[13]中提出一種基于主導(dǎo)極點(diǎn)和幅值裕度的方法，但在傳遞函數(shù)建模中，未考慮實(shí)際應(yīng)用中的死區(qū)延時(shí)和系統(tǒng)的阻尼特性。傳遞函數(shù)建模應(yīng)當(dāng)如文獻(xiàn)[14]中所示，考慮到實(shí)際系統(tǒng)的死區(qū)延時(shí)和濾波延時(shí)等影響因素。設(shè)計(jì)者可參照文獻(xiàn)[15]中給出的考慮了實(shí)際系統(tǒng)非線性特性和期望的幅值、相位裕度直接計(jì)算得到控制器PI參數(shù)。

上述方法主要是針對電壓源型PMSG-WGS的控制器設(shè)計(jì)，考慮到電壓源型變換器和電流源型變換器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和控制上的不同，基于電流源型的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（Permanent MagnetSynchronous Generator Wind Generation System based on Current Source Converter,CSC-PMSG-WGS）的控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法也有不同。

本文提出一種基于解析計(jì)算的CSC-PMSG- WGS控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法。該方法在推導(dǎo)考慮工程實(shí)際情況的控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上，得出PI參數(shù)解析計(jì)算式，進(jìn)而按照系統(tǒng)性能要求和系統(tǒng)參數(shù)確定計(jì)算式中的關(guān)鍵參數(shù)從而計(jì)算PI參數(shù)值。簡便起見，本文以CSC-PMSG-WGS系統(tǒng)機(jī)側(cè)控制器為例對所提出的方法進(jìn)行詳細(xì)闡述，并給出一個(gè)10kW機(jī)側(cè)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)過程，對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1CSC-PMSG-WGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

本文建立了考慮系統(tǒng)實(shí)際情況的電流源型永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定條件得到電流、轉(zhuǎn)速環(huán)的控制器PI參數(shù)解析計(jì)算公式，并以10kW機(jī)側(cè)系統(tǒng)為例，給出其系統(tǒng)參數(shù)，詳細(xì)介紹了如何選取適合控制性能需要的開環(huán)截止頻率和相位裕度，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制器PI參數(shù)。

仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了采用本文所提出控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法能夠有效減少控制器參數(shù)設(shè)計(jì)工作量，并能取得良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能。下一步的研究方向是對PI參數(shù)的解析計(jì)算公式進(jìn)行化簡，進(jìn)而對不同系統(tǒng)之間的PI參數(shù)關(guān)系進(jìn)行研究。這對于探究不同系統(tǒng)之間的通用PI控制器參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要意義。