风力发电系统网侧变流器PWM变换控制器研究

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时间：2018-09-04 18:05:21

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风力发电系统网侧变流器PWM变换控制器研究　　摘要本文介绍了风电变流器网侧PWM变换器的数学模型和控制框图,给出了控制电路的硬件构成和软件流程,并给出实验波形。　　关键词风电变流器

　　摘要

本文介绍了风电变流器网侧PWM变换器的数学模型和控制框图,给出了控制电路的硬件构成和软件流程,并给出实验波形。

　　关键词风电变流器，PWM，控制器

　　0 引言

　　PWM变换器的控制技术是风力发电技术的核心技术之一，本文设计的PWM变换器是基于PI调节器的双闭环控制系统，并对提高网侧PWM变换器抗扰动性能的前馈控制策略进行了研究。采用改进的前馈控制策略，对于负载扰动和电网电压三相平衡跌落，具有很好的抗干扰能力。

　　1 PWM变换器的数学模型和控制框图

　　1.1 PWM变换器d-q轴下的数学模型

PWM整流器主电路图

　　图1 PWM整流器主电路

　　将三相静止对称轴系中PWM整流器的一般数学模型经坐标变换后，即得到VSR的dq模型，可解决对时变系数微分方程的求解，便于对参量解耦及获得控制策略。坐标系及矢量分解如图2所示，其中(d, q)轴系以电网基波角频率ω同步逆时针旋转。

　　图2 坐标系及矢量分解

　　根据幅值不变原理，进行矢量分解。经推导，可得同步旋转(d, q)轴系下的PWM整流器数学模型

式中ed, eq——电网电压E的d, q轴分量；

ud, uq——VSR交流侧电压矢量U的d, q轴分量；id, iq——VSR交流侧电流矢量I的d, q轴分量。　　1.2 PWM整流器的控制策略

　　三相VSR控制系统设计采用双闭环控制，电压外环主要控制三相VSR直流侧电压稳定在指定值，电流内环按照电压外环输出的电流指令对有功无功电流进行控制，在同步旋转(d, q)轴系下电流控制器跟踪参考电流产生合适的参考电压。然后，参考电压矢量被转换到三相静止轴系中，产生PWM脉冲，驱动开关。

　　(1) 电网电压定向矢量控制

　　选取d轴与电网电压矢量E重合，则d轴表示有功分量参考轴，而q轴表示无功分量参考轴。此时，电网电压的q轴分量eq为零。为了实现单位功率因数，无功电流分量iq的参考值iq*设为零。

　　VSR双闭环控制系统结构图如图3所示。

　　图3 VSR双闭环控制系统结构框图

　　由式(1-1)可以看出，变换器交流侧电流的d, q轴分量存在着相互耦合，无法对电流的d, q轴分量进行单独控制，给控制器设计造成一定困难。为此，可采用前馈解耦控制策略，对usd, usq进行前馈补偿。当电流调节器采用PI调节器，则指令电压可以计算为

　　 (1-2)

　　式中 iq*, id*——电流id, iq的指令参考值。

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