風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器PWM變換控制器研究

　　摘要

本文介紹了風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)PWM變換器的數(shù)學(xué)模型和控制框圖,給出了控制電路的硬件構(gòu)成和軟件流程,并給出實(shí)驗(yàn)波形。

　　關(guān)鍵詞風(fēng)電變流器，PWM，控制器

　　0 引言

　　PWM變換器的控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的核心技術(shù)之一，本文設(shè)計(jì)的PWM變換器是基于PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對(duì)提高網(wǎng)側(cè)PWM變換器抗擾動(dòng)性能的前饋控制策略進(jìn)行了研究。采用改進(jìn)的前饋控制策略，對(duì)于負(fù)載擾動(dòng)和電網(wǎng)電壓三相平衡跌落，具有很好的抗干擾能力。

　　1 PWM變換器的數(shù)學(xué)模型和控制框圖

　　1.1 PWM變換器d-q軸下的數(shù)學(xué)模型

　　圖1 PWM整流器主電路

　　將三相靜止對(duì)稱(chēng)軸系中PWM整流器的一般數(shù)學(xué)模型經(jīng)坐標(biāo)變換后，即得到VSR的dq模型，可解決對(duì)時(shí)變系數(shù)微分方程的求解，便于對(duì)參量解耦及獲得控制策略。坐標(biāo)系及矢量分解如圖2所示，其中(d, q)軸系以電網(wǎng)基波角頻率ω同步逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

　　圖2 坐標(biāo)系及矢量分解

　　根據(jù)幅值不變?cè)?，進(jìn)行矢量分解。經(jīng)推導(dǎo)，可得同步旋轉(zhuǎn)(d, q)軸系下的PWM整流器數(shù)學(xué)模型

式中ed, eq——電網(wǎng)電壓E的d, q軸分量；

ud, uq——VSR交流側(cè)電壓矢量U的d, q軸分量；id, iq——VSR交流側(cè)電流矢量I的d, q軸分量?！　?.2 PWM整流器的控制策略

　　三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙閉環(huán)控制，電壓外環(huán)主要控制三相VSR直流側(cè)電壓穩(wěn)定在指定值，電流內(nèi)環(huán)按照電壓外環(huán)輸出的電流指令對(duì)有功無(wú)功電流進(jìn)行控制，在同步旋轉(zhuǎn)(d, q)軸系下電流控制器跟蹤參考電流產(chǎn)生合適的參考電壓。然后，參考電壓矢量被轉(zhuǎn)換到三相靜止軸系中，產(chǎn)生PWM脈沖，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)。

　　(1) 電網(wǎng)電壓定向矢量控制

　　選取d軸與電網(wǎng)電壓矢量E重合，則d軸表示有功分量參考軸，而q軸表示無(wú)功分量參考軸。此時(shí)，電網(wǎng)電壓的q軸分量eq為零。為了實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，無(wú)功電流分量iq的參考值iq*設(shè)為零。

　　VSR雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　圖3 VSR雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　由式(1-1)可以看出，變換器交流側(cè)電流的d, q軸分量存在著相互耦合，無(wú)法對(duì)電流的d, q軸分量進(jìn)行單獨(dú)控制，給控制器設(shè)計(jì)造成一定困難。為此，可采用前饋解耦控制策略，對(duì)usd, usq進(jìn)行前饋補(bǔ)償。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，則指令電壓可以計(jì)算為

　　 (1-2)

　　式中 iq*, id*——電流id, iq的指令參考值。

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