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? ? ?? ? 02 2239。在高階穩(wěn)定系統(tǒng)中，主導(dǎo)極點往往是一對共軛復(fù)數(shù)極點，這樣可得到最短的調(diào)整時間和較高的精度，此時高階系統(tǒng)相應(yīng)的性能指標可近似按二階系統(tǒng)來分析 [3031]。 考慮外環(huán)電壓信號采樣延遲，直流電壓控制環(huán)節(jié)可采用如下控制規(guī)律： ? ? )93(1 ???????? ?? dcd c r e fvivpr e fd uuskki 則直流電壓控制器傳遞函數(shù)等值框圖如圖 34 所示。工程上常取最佳阻尼系數(shù) ??? 作為系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)[29]，此時有 )63(3,33 1 1111 ????? cpiccp TRTkkTLTRTk 式中： Tc為控制周期。簡化后的內(nèi)環(huán)電流控制器傳遞函數(shù)等值框圖如圖 33 所示。 P ISPWMP Iω Lω Lid*+ide dus d*++θiq*= 0 +iq++us q* eq= 0 圖 31 內(nèi)環(huán)電流控制器 由于 d、 q 軸電流具有類似的控制對象，因此控制結(jié)構(gòu)與參數(shù)也應(yīng)基本相同，下面以 d 軸為例進行控制器設(shè)計。 在這里，我們將采取前饋解耦控制，以消除電流交叉耦合以及電網(wǎng)電壓擾動的影響。下面先討論 VSC1的控制器設(shè)計。 背靠背 VSC的控制器設(shè)計 背靠背 VSC的控制系統(tǒng)包括控制器和調(diào)制器兩部分，控制器用于獲取變換器輸出的電壓指令，而調(diào)制器則以此電壓指令為調(diào)制波，采取SPWM調(diào)制，獲得相應(yīng)的脈寬調(diào)制信號，從而使變換器輸出的電壓電流趙良辰：背靠背變換器的仿真研究 12 能夠接近所給定的電壓指令，從而對兩側(cè)交流系統(tǒng)的有功、無功功率進行控制。由式（ 29）（ 210）可得，此約束條件即可得到背靠背交流系統(tǒng)之間的有功功率交換必須維持平衡?；谙到y(tǒng)傳遞函數(shù)，采用極點配置的 PI參數(shù)設(shè)計方法，將系統(tǒng)的期望性能指標與 PI參數(shù)建立起直接清晰的函數(shù)關(guān)系。因此，雙 PWM變流器的 數(shù)學(xué)模型是研究其實現(xiàn)多種控制功能的基礎(chǔ)?？梢钥闯?，變流器工作狀態(tài)的切換是由功率傳輸?shù)姆较驔Q定的。 |V |＞ |E| ,變流器向交流系統(tǒng)提供無功功率 ， |V |＜ |E|, 變流器從交流系統(tǒng)吸收無功功率。 下面分析 VSC 交流側(cè)輸出電壓與功率流向的關(guān)系，如圖 22 所示， E 為交流系統(tǒng)電壓矢量， I 為交流系統(tǒng)電流矢量， V 為變流器輸出電壓基波矢量， VL 為電感電壓矢量， δ為 V 超前 E 的相位， φ 為交流系統(tǒng)的功率因數(shù)角。 因此： ? ? )22(, ???? cbakusV dckkO 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 因為 )32( ????????????NOcOcNNObObNNOaOaNVVVVVVVVV 其中 VNO為交流系統(tǒng) 1的中性點與直流側(cè)參考點之間的電壓。其中直流側(cè)電容器 C為逆變側(cè)提供電壓支撐以及濾波作用。 趙良辰：背靠背變換器的仿真研究 6 第 2章 背靠背 VSC的數(shù)學(xué)模型 背靠背電壓源型變流器的數(shù)學(xué)模型是對其控制技術(shù)進行研究的基礎(chǔ)，本章首先對背靠背電壓源型變流器的工作原理進行分析，在此基礎(chǔ)上建立其在 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并分析了該 模型的特點。 VSC 控制策略的研究現(xiàn)狀 目前，變流器的控制策略主要有間接電流控制、直接電流控制和基于非線性系統(tǒng)反饋線性化理論的 dq 矢量解耦控制。此時， VSC1 工作在整流狀態(tài)下，使用 PWM 方式控制交流網(wǎng)側(cè)的電流與電網(wǎng)相電壓同相位，實現(xiàn)單位功率因數(shù)整流； VSC2 工作在逆變狀態(tài)下，逆變 橋開關(guān)元件在 PWM 控制下，輸出頻率與幅值可調(diào)的正弦電壓信號，實現(xiàn)交流電機的變頻調(diào)速。 其中方式（ 1）、（ 2）適用于與有源交流網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)的情況，方式（ 3）適用于給無源網(wǎng)絡(luò)供電的情況。全控型器件的應(yīng)用賦予了 HVDC Light 一些傳統(tǒng) HVDC 無法比擬的優(yōu)點，例如可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電，同時獨立控制有功功率和無功功率，動態(tài)補償交流母線的無功功率，穩(wěn)定直流母線電壓等，甚至能夠在一側(cè)交流系統(tǒng)故障的條件下仍然通過另一側(cè)輸送功率，還可以構(gòu)成并聯(lián)多端直流系統(tǒng)。 齒 輪 箱轉(zhuǎn) 子 側(cè)變 換 器網(wǎng) 側(cè) 側(cè)變 換 器電 網(wǎng)A CD C D CA C 圖 11 變速恒頻交流勵磁雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 在具體的運行控制過程中，網(wǎng)側(cè) PWM 變流器的任務(wù)主要有兩個：一是保證良好的輸入特性，即輸入電流的波形接近正弦，諧波含量少，功率因數(shù)符合要求，理論上網(wǎng)側(cè) PWM 變流器可獲得任意可調(diào)的功率因數(shù)，這就為整個系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制提供了另一個途徑；二是保證直流母線電壓的穩(wěn)定，直流母線電壓的穩(wěn)定是兩個 PWM 變流器正常工作的前提，是通過對輸 入電流的有效控制來實現(xiàn)的。變速恒頻發(fā)電方式已成為風電技術(shù)的主流，其中采用變頻器交流勵磁的雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)更是當前的主要技術(shù)趙良辰：背靠背變換器的仿真研究 2 方案 [6~7]。因此，對于背靠背 VSC 的控制器如何設(shè)計，控制器參數(shù)如何選取以滿足控制目標的要求、主電路參數(shù)對系統(tǒng)運行特性有何影響等內(nèi)容進行深入的分析和研究，對于背靠背 VSC 的實際運行有重要的指導(dǎo)意義。 最后，利用 PSCAD 軟件搭建了背靠背 VSC 變換器控制仿真模型，最終通過對背靠背 VSC 與兩端交流系統(tǒng)的功率交換進行控制仿真，驗證了所設(shè)計控制器的有效性。 畢業(yè)設(shè) 計（ 論 文） 題 目 背靠背變換器的仿真研究 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 趙良辰：背靠背變換器的仿真研究 背靠背變換器的仿真研究 摘 要 背靠背電壓源型變換器在輕型直流輸電系統(tǒng)，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)輕型直流輸電系統(tǒng)以及電動機變頻調(diào)速中有著越來越重要的作用。設(shè)計了基于直接電流控制的雙閉環(huán)控制器，實現(xiàn)了有功功率和無功功率的解耦控制，基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)，采用極點配置的 PI 參數(shù)設(shè)計方法，使控制器的期望性能指標與 PI 參數(shù)之間建立了直接的量化關(guān)系。背靠背電壓源型變流器應(yīng)用于上述領(lǐng)域時，其控制目標是實現(xiàn)兩端交流系統(tǒng)功率的相互交換，系統(tǒng)的整體工作性能不僅取決于控制器的穩(wěn)定性、快速性和精確性，而且與主電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)有關(guān)，而控制器的性能則決定于控制策略和控制器參數(shù)選擇的優(yōu)劣。此外，隨著風電機組單機容量的不斷擴大，如何最大限度地利用風能、提高發(fā)電效率已經(jīng)成為風力發(fā)電的重要研究內(nèi)容。 由于在變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行過程中，兩個 PWM 變流器的工作態(tài)經(jīng)常變換，通常不再以它們工作于整流或逆變的狀態(tài)來區(qū)分它們，而是按它們的位置分別稱之為網(wǎng)側(cè) PWM 變流器和轉(zhuǎn)子側(cè) PWM 變流器，交流勵磁雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。由于其傳輸容量比傳統(tǒng)的小，裝置結(jié)構(gòu)簡單，因此稱為輕型直流輸電。 LRLRLREaEbEcVaLRVbVcLRLR 交 流 系 統(tǒng) 1 交 流 系 統(tǒng) 2