基于PI參數(shù)優(yōu)化的風(fēng)電系統(tǒng)變流器的研究
加入技術(shù)交流群
3.2 網(wǎng)側(cè)控制策略
對(duì)電網(wǎng)的控制目標(biāo)有兩個(gè)：(1)保持恒定的直流電壓；(2)單位功率因數(shù)并網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)上述控制目標(biāo)，網(wǎng)側(cè)控制策略為外環(huán)直流電壓和無(wú)功電流iq的給定值，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。網(wǎng)側(cè)輸入有功功率和無(wú)功功率分別為：
各電流、電壓的輸出值與指令值作差，通過(guò)PI調(diào)節(jié)后，在經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)地兩相坐標(biāo)變成靜止的兩相坐標(biāo)，進(jìn)入SVPWM形成各自的PWM控制信號(hào)。由于采用了SVPWM提高了直流電壓的利用率。
4 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
利用前述的電壓型背靠背變流器的數(shù)學(xué)模型和機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)的控制策略，很容易建立仿真模型，仿真模塊主要有風(fēng)力機(jī)和主回路負(fù)載模塊、機(jī)側(cè)變流器控制模塊、網(wǎng)側(cè)變流器控制模塊、電壓電流采樣模塊、坐標(biāo)變換模塊、電壓電流PI調(diào)節(jié)模塊和PWM波發(fā)生模塊。
在交直交變頻器運(yùn)行時(shí)，由于給定直流母線電壓為400 V，從圖2可以看出，在風(fēng)速變化時(shí)，電壓都基本上能較好地穩(wěn)定在400 V，保持了直流連接電壓為恒定值。由于采用了直流電壓PI調(diào)節(jié)，克服負(fù)載擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，系統(tǒng)響應(yīng)速度快。圖3為機(jī)側(cè)三相交流電流波形，機(jī)側(cè)三相交流電流基本上是正弦波。圖4為機(jī)側(cè)dq軸電流波形，可以看出機(jī)側(cè)id基本維持在零附近，從而驗(yàn)證了id=0的控制策略，而iq隨指令值的變化而變化。圖5為網(wǎng)側(cè)dq軸電流波形，網(wǎng)側(cè)iq基本為零，從而驗(yàn)證了iq=0的控制策略，而id隨指令值的變化而變化。圖6為網(wǎng)側(cè)a相電壓電流波形，可以看出電壓與電流頻率為50 Hz，與電網(wǎng)頻率完全同步，且它們的相位正好相差180°，且電流為正弦波形，由此可以得出系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161350.htm
在仿真研究的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。發(fā)電機(jī)三相交流電源經(jīng)濾波電感送到整流器的三相橋臂，整流器的直流輸出就是逆變器的直流側(cè)輸入電源，逆變器的交流側(cè)直接接入電網(wǎng)，光電編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。整流器和逆變器分別由DSP芯片TMS320F2S12(1)與TMS320F2812(2)控制，電壓、電流傳感器測(cè)出所需各部分的電壓、電流值，送入DSP芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制策略。用兩臺(tái)上位機(jī)分別與兩塊DSP芯片進(jìn)行通信，主要控制系統(tǒng)的啟、停、監(jiān)控，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收、顯示等任務(wù)，它是人機(jī)交互的中介。
采用主電路和控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下：直流電容C為470×10-6 F，直流母線電壓參考值設(shè)置為400 V，網(wǎng)側(cè)電感L0=4．8×10-3 H，電阻R0=0．5 ?贅，機(jī)側(cè)電感L=0.6×10-6 H。三相交流輸入電壓為100 V，采樣頻率f=2.5 kHz，由此得出的直流母線實(shí)驗(yàn)波形和仿真的直流母線電壓的波形一致。而電網(wǎng)側(cè)a相電壓與逆變器a相電流波形也一致，都是反相，這就證明了系統(tǒng)運(yùn)行單位功率因數(shù)，通過(guò)諧波電流分析電流THD為4.1%。
本文采用電壓源型背靠背變流器結(jié)構(gòu)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用雙PWM控制策略和優(yōu)化的PI參數(shù)能夠很好地控制網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)電流，同時(shí)有效地控制直流母線電壓，使得輸出電壓紋波小、響應(yīng)速度快。實(shí)驗(yàn)也表明控制策略和控制電路正確有效，能實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞，因此可運(yùn)用于兆瓦級(jí)變頻器的變流器控制研究。
參考文獻(xiàn)
[1] 溫春雪，張利宏，李建林，等.三電平PWM整流器用于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)[J].高電壓技術(shù)，2008(4)：191-195.
[2] 張子皿.直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流控制技術(shù)的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2010.
[3] 梁英.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中變流技術(shù)的研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2009.
[4] 李正軍.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[5] 張雪群，曾岳南，梁錦澤.高功率因數(shù)PWM整流器PI調(diào)節(jié)器的仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2008，25(1).
[6] 李建林，許洪華.風(fēng)力發(fā)電中的電力電子變流技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
評(píng)論