直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中高功率因數(shù)整流器仿真研究
王文博，李宏，程昊
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：針對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中整流環(huán)節(jié)的高功率因數(shù)的要求，在研究三相電壓型整流器工作原理的基礎(chǔ)上建立了基于前饋解耦的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，采用SVPWM調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)了交流側(cè)功率因數(shù)可調(diào)，得到了穩(wěn)定的直流電壓。運(yùn)用Matlab／Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，以額定轉(zhuǎn)速為220 r／min、額定轉(zhuǎn)矩為1000 N·m的PMSG模型作為交流源，在三種不同風(fēng)速下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的優(yōu)越性和可行性，為直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究及大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；SVPWM；三相電壓型整流器
中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2010)05—0067—03
摘要：針對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中整流環(huán)節(jié)的高功率因數(shù)的要求，在研究三相電壓型整流器工作原理的基礎(chǔ)上建立了基于前饋解耦的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，采用SVPWM調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)了交流側(cè)功率因數(shù)可調(diào)，得到了穩(wěn)定的直流電壓。運(yùn)用Matlab／Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，以額定轉(zhuǎn)速為220 r／min、額定轉(zhuǎn)矩為1000 N·m的PMSG模型作為交流源，在三種不同風(fēng)速下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的越性和可行性，為直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究及大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；SVPWM；三相電壓型整流器
中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2010)05—0067—03
研究及 應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
1 三相VSR數(shù)學(xué)模型
1.1 三相VSR電路拓?fù)?/DIV>
三相VSR電路拓?fù)淙鐖D2所示。它主要包括交流側(cè)等效電感L、電阻R、全控開(kāi)關(guān)器件IGBT和續(xù)流二極管組成的三相全橋電路、直流電容C和負(fù)載RL、ea、eb為相位互差120。電壓源。其中三個(gè)電感￡、三個(gè)電阻R以及交流源ea、eb、ec又可看作三相交流發(fā)電機(jī)的模型。
2三相VSR的數(shù)學(xué)模型
三相VSR的數(shù)學(xué)模型是根據(jù)三相VSR拓?fù)浣Y(jié)，究構(gòu)，利用電路基本定律對(duì)VSR所建立的一般數(shù)學(xué)描述。在文獻(xiàn)[3]中所給出的三相靜止坐標(biāo)系下VSR的數(shù)學(xué)模型反映了整流器的開(kāi)關(guān)細(xì)節(jié)和工作機(jī)理，即：
式中：sk為二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)，sk=a，b，c；sk=1；上橋臂開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷；sk=0，上橋臂開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷，下橋臂開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。采用Park變換，將三相整流器模型變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)d、g坐標(biāo)系，使d軸定向于發(fā)電機(jī)電壓矢量，得到整流器在兩相同步坐標(biāo)系下的模型為：
2控制方法
2.1前饋解耦控制策略
三相vSR需實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制目標(biāo)：①穩(wěn)定直流側(cè)電壓；②交流側(cè)在受控功率因數(shù)工作，因此一般采用雙閉環(huán)控制。在雙閉環(huán)控制中，電壓外環(huán)控制三整流器直流側(cè)電壓；電流內(nèi)環(huán)根據(jù)電壓外環(huán)輸出的指令電流進(jìn)行電流控制。
由式(2)可以看出，三相PwM整流器的數(shù)學(xué)模型中輸入電流d、q軸分量間存在耦合，這給控制器設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。引入電壓和電流作為前饋補(bǔ)償進(jìn)行解耦，并采用簡(jiǎn)單的無(wú)靜差PI調(diào)節(jié)器作為外環(huán)電壓控制器及內(nèi)環(huán)電流控制器，實(shí)現(xiàn)d、g軸電流的獨(dú)
立控制[5-6]。如圖3所示。
2．2 svPwM調(diào)制算法
svPwM調(diào)制算法是通過(guò)控制逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式，使逆變器瞬時(shí)輸出的三相脈沖電壓構(gòu)成的電壓空間矢量與所期望輸出的三相對(duì)稱正弦波電壓構(gòu)成的電壓空間矢量相等效。具體實(shí)現(xiàn)算法如下：
首先，將Vd、Vq轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的Vα，Vβ進(jìn)而根據(jù)式(3)、式(4)判斷指令電壓矢量所在的扇區(qū)。
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