全功率變流器風(fēng)電機(jī)組的工作原理及控制策略(文件)
【正文】 種拓?fù)洹＿@種結(jié)構(gòu)在風(fēng)電中的應(yīng)用目前已經(jīng)比較成熟，對(duì)其的研究很多，主要集中在控制策略的優(yōu)化上。因此，在電機(jī)的電流環(huán)控制中，除了要對(duì)直軸電流和交軸電流分別進(jìn)行閉合積分控制，從而得到相應(yīng)的控制電壓分量和以外，還要分別加上交叉耦合電壓的補(bǔ)償項(xiàng)、最終分別得到直軸控制電壓和交軸控制電壓和。由于在后面對(duì)電網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制時(shí)，要求它保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，因此直流側(cè)電容器的充放電對(duì)有功功率的影響很小。但由于有電感的濾波作用，使得高次諧波電壓所產(chǎn)生的諧波電流很小，所以電網(wǎng)側(cè)變流器的交流側(cè)電流波形比較接近正弦。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)， 式()。變流器與電網(wǎng)之間沒有無功功率的傳遞，有功功率從變流器輸入電網(wǎng)。當(dāng)=90176。)時(shí)，變流器從電網(wǎng)吸收有功功率和滯后的無功功率；當(dāng)=(90176?！?0176。這也是雙PWM變流器與其它變流器相比所具有的優(yōu)點(diǎn)之一。第相（）的開關(guān)函數(shù)表達(dá)式為 （），根據(jù)基爾霍夫電壓和電流定律，可以寫出以下方程（）式中，C為直流測(cè)電容，為負(fù)載電流。將其寫為矩陣形式可得 （）設(shè)電網(wǎng)三相電壓對(duì)稱，可以表達(dá)為（）式中，為電網(wǎng)相電壓的幅值；為電網(wǎng)的電角頻率；為電網(wǎng)A相電壓的初始相位角。電網(wǎng)側(cè)變流器的矢量控制式（）表明，調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電流的d、q分量，就可以分別控制變流器輸入到電網(wǎng)的有功功率和無功功率。所以，對(duì)d軸電流（有功電流）的控制可以采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)：外環(huán)為直流側(cè)電壓控制環(huán)，其輸出作為d軸電流的給定。對(duì)q軸電流(無功電流)的控制則只需采用單閉環(huán)結(jié)構(gòu)：由設(shè)定的無功功率值經(jīng)過簡(jiǎn)單處理可得到無功電流的給定值，將該值作為q軸電流環(huán)的給定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的調(diào)節(jié)。因此，對(duì)d軸和q軸電流可以分別進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)得到相應(yīng)的控制電壓分量和；再分別加上耦合電壓補(bǔ)償相和，就可以得到q軸的控制電壓和；然后結(jié)合電網(wǎng)電壓的綜合矢量位置角和直流側(cè)電壓，經(jīng)過空間矢量調(diào)制（SVM）之后，就可以得到控制電網(wǎng)側(cè)變流器所需要的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖中，為直流側(cè)電壓給定，為變流器輸入到電網(wǎng)的無功功率給定值。內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，其作用是跟蹤外環(huán)輸出的有功電流給定以實(shí)現(xiàn)電流的快速控制。從雙PWM變流器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率大于變流器輸入到電網(wǎng)的有功功率時(shí)，多余的有功功率會(huì)給電容充電使直流側(cè)電壓升高；反之，則會(huì)降低。于是有（）（）將式中（）、（）、（）代入到式（）中，可得dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型為（）而dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變流器的交流側(cè)電壓為（）把式（）代入到式（）中，并且只取前兩個(gè)方程式，可得（）而在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，由電網(wǎng)側(cè)變流器輸入到電網(wǎng)的有功功率和無功功率分別為（）很顯然，小于0表明變流器工作在整流狀態(tài)，有功功率由電網(wǎng)流向變流器；而大于0則表明變流器工作在逆變狀態(tài)，有功功率由變流器流向電網(wǎng)。則變流器交流側(cè)各相對(duì)電網(wǎng)中性點(diǎn)的電壓分別為 （）根據(jù)平均狀態(tài)空間法，可知在一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)應(yīng)有 （）式中，為變流器直流側(cè)電壓。如果用開關(guān)來表示變流器的各個(gè)電力電子器件?？梢?，電網(wǎng)側(cè)變流器能夠靈活控制輸入到電網(wǎng)的無功功率?！?80176。（4）其他運(yùn)行狀態(tài)。交流側(cè)電流與電網(wǎng)電壓同相，變流器與電網(wǎng)之間沒有無功功率的傳遞，有功功率從電網(wǎng)輸入變流器。，通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)變流器的交流側(cè)電壓的幅值和相位，就可以控制電流的大小及其與電網(wǎng)電壓之間的相位角，從而讓變流器工作在不同的運(yùn)行狀態(tài)：(1)單位功率因數(shù)逆變運(yùn)行。圖中，、分別為電網(wǎng)的三相電壓，“+、－”代表規(guī)定的正方向（下同）；、分別為變流器交流側(cè)的電阻和電感；、分別為交流側(cè)三相電流，其正方向規(guī)定如箭頭所示(下同)；、分別為交流側(cè)三相
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