并网逆变器矢量控制以及直接功率控制

R L
igc
1 L
ugc
(uga
ugb 3
ugc
)
Sc
(Sa
Sb 3
Sc
)
Vdc
C
dVdc
dt
Saiga
Sbigb
Scigc
iload
该模型对包括电网电压不平衡、电压畸变等一般情况的分析都适用。
9
网侧PWM变换器
三相电网电压基本平衡时：
ugaugbugc 0
(3.1.4)
L digd dt
1Ligq
vgd
0
Rigq
L
digq dt
1Ligd
vgq
C
dVdc dt
(Sd igd
S q igq ) iload
15
网侧PWM变换器及其控制
➢ 网侧PWM变换器的稳态分析
同步旋转坐标系下，稳态时各状态变量的导数等于零，可 得稳态方程为：
32Ug Rigd 1Ligq vgd
i g 、i g --- 交流输入电流 α 、β分量值；
v g 、v g --- 变换器中三相全控桥(VSC)交流侧电压 α 、β分量值；
S 、S --- 开关函数的 α 、β分量。
13
网侧PWM变换器
➢ 同步旋转坐标系下网侧PWM变换器的数学模型
u gd
R igd
L
digd dt
则三相静止坐标系下网侧PWM变换器的数学模型为：
diga
dt
R L
iga
1 L
u ga
S
a
(Sa
Sb 3
S
c
)
Vdc
d
igb
dt
R L
igb
1 L
u gb
S
b
(Sa
Sb 3
Sc
)
Vdc
digc
dt
R L
igc
1 L
u gc
Leabharlann Baidu
S
c
(Sa
Sb 3
S
c
)
V
d
c
并网逆变器 矢量控制以及直接功率控制
1
DPC 概念
➢ 直接转矩控制（DTC） 采用电压空间矢量，跳过 电流控制环节，通过控制电机定子磁链矢量的大小 和转速，进而控制定、转子磁链矢量间夹角（转矩 角或功率角），达到直接控制转矩的目的。
➢ 因 P1 =Te×Ω1 ，对功率P1的控制即为对转矩Te的
控制 基于DTC的原理，开发出直接功率控制（DPC）技 术。
6
网侧PWM变换器
➢ 网侧PWM变换器的主电路 VSC交流侧（pole）
iload
交流电网
uga
L
R iga
ugb
L
R
ugc
L
R
igb
负
C
Vdc 载
igc
交流输入阻抗
VSC
直流7侧
网侧PWM变换器
设功率器件为理想开关，由基尔霍夫电压、电流 定理可得：
uga
igaRL
diga dt
SaVdc
(b) 忽略电阻且功率因数为1
图中，ZRj1L为线路的阻抗， 为功率因数角 17
网侧PWM变换器及其控制
从图可见，若控制交流输入功率因数一定，则变换器交流侧 电压空间矢量vg的末端将始终沿阻抗三角形的斜边滑动
规律：① 在相同的输出负载下(即 i g d 相同)，变换器电流含 超前电流分量( i g q 0)，需要较高的直流母线电压； ② 变换器电流含滞后电流分量( i g q 0 )，需要的直流 母线电压要低一些。
1Ligq
vgd
u gq
R igq
L
digq dt
1Ligd
vgq
C
dVdc dt
(Sdigd
S qigq ) iload
(3.1.21)
其中： u g d 、u g q ---交流电网电压α 、β轴分量； i g d 、i g q ---交流输入电流α 、β轴分量； v g d 、v g q ---三相全控桥(VSC)交流侧电压α 、β轴分量；
iga igbigc 0
则
(3.1.2)
diga dt
R L
iga
1
L
uga
(uga
ugb 3
ugc
)
Sa
(Sa
Sb 3
Sc
)
Vdc
digb dt
R L igb
1
L
ugb
(uga
ugb 3
ugc
)
Sb
(Sa
Sb 3
Sc
)
Vdc
(3.1.3)
digc dt
2
DPC用途
➢ 可用于交流调速传动，但主要用于可逆传动 的网侧变换器控制
+
～
Ud C0
～M
3
DPC用途
➢ 变速恒频风力发电机的交流励磁变频器的 网侧变换器
齿轮箱
DFIG
电 网
转子侧 PWM变换器
网侧 PW4M变换器
DPC用途
➢ 光伏发电系统并网逆变器
5
DPC用途
➢ 静止无功补偿装置（STACOM）的 电压源型变换器（VSC）
ugb
igbRL
digb dt
SbVdc
ugb
igbRL
digb dt
SbVdc
ugc
igcRL
digc dt
ScVdc
C
dVdc dt
Saiga
Sbigb
Scigc
iload
(3.1.1)
式中：S a 、S b、S c 分别为三相桥臂的开关函数。
8
网侧PWM变换器
三相无中线的系统中有：
v
g
c
f cV dc
(3.1.6) (3.1.7)
其中
fa
Sa
(Sa
SbSc) 3
，fb
Sb(SaS3bSc)，fc
Sc
(Sa
SbSc) 113
网侧PWM变换器
则有：
u ga
R iga
L
d iga dt
v ga
u
g
b
R igb
L
d igb dt
v gb
u
g
c
R igc
L
d igc dt
v gc
C
d V dc dt
S aiga
S bigb
S cigc
iload
(3.1.8)
12
网侧PWM变换器
➢ 两相静止α-β坐标系下网侧PWM变换器的数学模型
u g
R ig
L
d ig dt
vg
ug
R ig
L
dig dt
vg
C
dVdc dt
(S ig
S ig ) iload
其中：u g 、u g --- 交流电网电压α 、β 分量值；
C
dVdc dt
Saiga
Sbigb
Scigc
iload
(3.1.5)
10
网侧PWM变换器
考虑交流侧输出的线电压为：
v
g
a
b
(Sa
S b )V dc
v gbc ( S b S c )V dc
v
g
c
a
(Sc
S a )V dc
输出相电压为：
v
g
a
faV dc
v gb fbV dc
S d 、S q --- 开关函数的α 、β轴分量；
1 --- 电网电压的角频率。
14
网侧PWM变换器及其控制
ug ugd jugq 为电网电压矢量 将坐标系 d 轴 定向于电网电压矢量，则有
ugdug3 2U g；U g： 相 电 压 峰 值 u g q 0
电网电压定向后
3 2
U
g
Rigd
0 Rigq 1Ligd vgq
(3.1.23)
iload(SdigdSqigq)
(3.1.24)
16
网侧PWM变换器及其控制
网侧PWM变换器稳态电压空间矢量图
q
q
igq
ig
ugd
d
ig = igd
ugd
d
igd
vgq
Zig j1Lig
vg
vgq
vg 1Ligd
vgd Rig
vgd
(a)
(b)
(a) 一般情况