风电系统PWM并网变流器
pwm变流器工作原理
pwm变流器工作原理PWM变流器工作原理PWM变流器是一种电力变流器，它可以将交流电源转换成直流电源，同时可以控制输出电压和电流的大小，从而实现对电机或其他负载的控制。
PWM变流器的工作原理是通过PWM技术来实现的。
PWM技术是指在固定周期内，通过改变占空比来控制输出电压和电流的大小。
占空比是指周期内高电平时间与周期时间之比，用百分数表示。
PWM变流器的核心部件是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。
它们可以在高频下切换，从而实现将交流电源转换成直流电源。
同时，PWM变流器还需要控制电路来控制IGBT或MOSFET的开关，从而实现对输出电压和电流的控制。
PWM变流器的控制电路通常包括控制器和驱动器。
控制器负责产生PWM信号，而驱动器则负责将PWM信号转换成IGBT或MOSFET的控制信号。
控制器通常采用微型控制器或FPGA（现场可编程逻辑门阵列）等芯片来实现，而驱动器则采用光耦隔离技术，将PWM信号和IGBT或MOSFET的控制信号隔离开来，从而保证系统的安全性和可靠性。
PWM变流器的主要应用领域是电机控制。
在电机控制中，PWM 变流器可以控制电机的转速和转矩，并且可以实现反向转动、刹车等功能。
此外，PWM变流器还可以用于电热器、LED灯等负载的控制。
PWM变流器是一种重要的电力变流器，它可以将交流电源转换成直流电源，并实现对输出电压和电流的控制。
它的工作原理是通过PWM技术来实现的，采用IGBT或MOSFET来实现电源转换，同时需要控制电路来控制输出电压和电流的大小。
PWM变流器在电机控制等领域有广泛的应用，具有重要的意义。
直驱式风力发电系统
第一章双PWM型变流电路简介本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。
风轮电机图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图双脉宽调制(pulse-width modulation, PWM)变流器是由2个电压源型变流器(voltage source converter, VSC)背靠背连接构成，2 VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。
由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。
背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域中获得了广泛的应用。
该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。
凤轮图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构第二章双PWM变流器动态数学模型三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式, 图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。
为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：1.电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（e a,e b,e c）o2・主电路开关元器件为理想开关，无损耗。
3・三相参数是对称的。
4・网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。
以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，U M1 =U dc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-U dc/2,同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6 ）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。
风力发电并网逆变器控制策略分析
风力发电并网逆变器控制策略分析风力发电并网逆变器控制策略分析风力发电并网逆变器控制策略是风力发电系统中至关重要的一部分，它负责将风力发电机产生的交流电转换为与电网同频率、同相位的电能，并将其注入电网中。
这篇文章将通过逐步思考的方式介绍风力发电并网逆变器控制策略。
首先，风力发电机产生的交流电通常具有不稳定的频率和相位。
由于电网的频率和相位要求非常严格，因此逆变器需要先对输入的交流电进行稳定化处理。
这一步骤通常包括使用滤波器来去除交流电中的谐波和电压波动，从而得到稳定的交流电。
接下来，逆变器需要将稳定的交流电转换为直流电。
为了实现这一转换过程，通常使用整流器来将交流电转换为直流电。
整流器可以采用半控制或全控制技术，具体选择哪种技术取决于系统的需求和设计。
一旦交流电转换为直流电，逆变器需要将其转换回交流电，并与电网同步。
为了实现这一步骤，逆变器通常采用PWM（脉宽调制）技术。
PWM技术可以通过控制逆变器的开关器件，调整输出电压的幅值和频率，使其与电网同步。
然而，仅仅与电网同步是不够的，逆变器还需要满足一些其他的要求。
首先，逆变器需要根据电网的需求调整输出功率。
这通常需要使用电流控制技术，通过调整逆变器的输出电流，使其满足电网的功率需求。
其次，逆变器还需要实现无功功率控制。
无功功率是指电网中的虚功，它是维持电网电压稳定的重要因素。
逆变器可以通过调整输出电流的相位，来控制无功功率的注入。
最后，逆变器还需要实现对电网中的故障和异常事件的保护。
例如，当电网发生短路或过载时，逆变器需要能够及时切断与电网的连接，以确保系统的安全运行。
综上所述，风力发电并网逆变器控制策略包括稳定化处理、整流、PWM技术、功率控制、无功功率控制以及系统保护等多个步骤。
通过合理地设计和控制逆变器，可以实现风力发电系统与电网的有效并网，从而实现可靠、稳定的电力供应。
风力发电网侧变流器控制策略研究
风力发电网侧变流器控制策略研究摘要风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，网侧变流器在风电机组运行过程中一直扮演着很重要的角色。
本文围绕网侧变流器的控制展开研究，以带LCL型滤波器的三相电压型PWM变流器（LCL-VSC）拓扑作为网侧变流器研究对象。
首先在平衡电网条件下建立了LCL-VSC的三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型，为控制策略分析和控制系统设计提供了理论依据。
提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构，该结构采用电压外环外加三个逐层利用的电流内环，实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦和单位功率因数控制。
同时，给出了基于复功率理论的电容电压估计方法，减少了传感器数量。
为了在电网不平衡条件下对LCL-VSC有效的控制，必须计算不平衡的正负序相位。
本文提出了一种新颖的基于电网不平衡的锁相思路，既可以计算正序相位角也可以计算负序相位角，用于LCL--VSC的不平衡控制。
这种方案的主要思路是：先从不平衡电网中提取出正负序分量，然后对正负序三相电压采用SFR-SPLL分别锁相，计算出正负序相位角。
建立了在不平衡电网条件下LCL-VSC的数学模型，三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。
给出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法。
按照不同的控制要求，可以分别实现了电网不平衡时网侧电流对称控制，或者抑制直流侧二次纹波控制。
完成了15kVA的LCL-VSC实验样机平台的搭建和调试。
通过仿真和实验结果验证了理论分析与设计的正确性。
关键词：风力发电；LCL；VSC；不平衡；多环控制Research on Control Strategy of Grid-side Converterfor Wind Power GenerationABSTRACTThe wind power generation is a kind of effective renewable energy source, which is received more and more attention in recent years. The grid-side converter plays a very important role in the wind power generation. This thesis does some research on control strategy of the grid-side converter, taking three-phase voltage source PWM converter with LCL filter (LCL-VSC) as the object of study. Firstly, under the balanced voltage condition, LCL-VSC mathematical model is established in the three-phase static and two-phase rotate coordinates, to provide the theory for the control strategy analysis and the control system design.Then a multiloop control scheme is proposed for LCL-VSC. Within this scheme, 3 cascaded inner current loops along with an outer voltage loop are used to achieve stable dc-link voltage, currents decoupling and feedforward, as well as the unity power factor control. With this scheme, the capacitor voltage estimation is performed with complex power theory resulting the omission of the transducers for the capacitor voltage measurement.To control the LCL-VSC effectively under unbalanced grid condition, the positive and negative sequence phase should be calculated. This thesis proposed a novel phase locked loop (PLL) based on the unbalanced grid condition, which may calculate the positive sequence phase angle and the negative sequence phase angle, used for LCL-VSC unbalanced control. The main idea of this method is first to draw the posive and negative sequence components under the unbalanced grid condition, then to get the phases of positive and negative sequence with the SFR-SPLL separately.The LCL-VSC mathematical model for unbalanced control is established under unbalanced grid condition. The reference current algorithm is given based on the LCL-VSC. For different purposes, it can be realized either symmetrical grid-side current or constant DC-side voltage without twice order ripple.Finally, a 15kVA LCL-VSC experimental system is established. The simulation and the experimental result verify the theoretical analysis and the design.Keywords: Wind power generation; LCL; VSC; unbalance; Multi-loop control目录第一章绪论 (1)1.1论文的研究背景和选题意义 (1)1.1.1风力发电及其意义 (1)1.1.2国内外风电产业发展概况 (1)1.1.3风力发电变流器的产业现状 (2)1.1.4论文的选题意义 (3)1.2风力发电中的网侧变流器研究现状 (3)1.2.1风力发电中的电气系统 (3)1.2.2网侧变流器的拓扑结构 (5)1.2.3网侧变流器控制策略的研究现状 (6)1.3本论文的主要目标和主要工作 (8)第二章基于LCL-VSC网侧变流器建模与控制 (9)2.1引言 (9)2.2三相LCL-VSC数学模型 (10)2.2.1三相静止(a , b, c)坐标系下的数学模型 (11)2.2.2两相静止坐标系(D, Q)下的数学模型 (12)2.2.3两相旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (14)2.3LCL-VSC多环控制策略 (14)2.3.1系统控制结构 (17)2.3.2并网电流指令算法 (18)2.3.3电流控制器设计与稳定性校验 (20)2.3.4直流电压环控制器设计 (25)2.3.5基于复功率理论的电容电压估计 (26)2.4多环控制策略仿真与分析 (27)2.4.1电流环仿真 (28)2.4.2电压环仿真 (30)2.5总结 (30)第三章电网不平衡及其关键问题研究 (31)3.1引言 (31)3.2三相电网不平衡 (32)3.2.1电网不平衡理论分析 (32)3.2.2不平衡系统的研究方法 (33)3.2.3正负序检测 (35)3.3软件锁相环（SSFR-SPLL）及其设计 (41)3.3.1基本原理 (41)3.3.2PLL模型的简化 (43)3.3.3参数计算 (44)3.4基于双SFR_SPLL在不平衡电网中的应用 (48)3.4.1基本结构 (48)3.4.2仿真分析 (49)3.5总结 (51)第四章LCL-VSC不平衡控制策略 (52)4.1引言 (52)4.2不平衡电网下VSC数学模型 (52)4.2.1三相静止坐标系(a-b-c)下的数学模型 (53)4.2.2同步旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (55)4.3电网不平衡时电流指令算法 (58)4.4双矢量电流控制策略研究 (61)4.4.1系统控制结构 (61)4.4.2抑制网侧负序电流的控制策略 (62)4.4.3抑制直流侧二次纹波的控制策略 (63)4.5仿真分析 (64)4.6总结 (65)第五章系统设计及实验分析 (66)5.1LCL-VSC样机设计 (66)5.1.1主电路参数选择 (67)5.1.2IPM模块选择 (67)5.1.3控制模块处理器的选择 (68)5.1.4功能模块电路设计 (69)5.1.5试验系统软件设计 (72)5.2系统实验结果分析 (75)5.2.1平衡电网VSC控制 (75)5.2.2不平衡电网与锁相环 (76)5.2.3不平衡电网VSC双电流环控制 (77)第六章总结与展望 (79)6.1总结 (79)6.2展望 ................................................................... 错误！未定义书签。
风电并网逆变器
双馈风电机变流器
双馈风电机结构与原理
双馈风电机变流器结构 双馈风电机变流器控制
双馈风电机结构与原理
双馈风电机结构与原理
变流器由发电机侧变流 器(AC/DC)和网侧变流 器(DC/AC)共同组成。
双馈电机与绕线式异步电机类似；其定、转子都能向 电网馈电，故简称双馈电机；变速恒频控制方案是由 和转子相连变流器实现；通过改变励磁（转子电流） 频率，可改变电机的转速，达到调速的目的；
永磁同步风电机变流器的控制
网侧变流器控制目标 1.与电网功率交换时，输出波形是正旋波，谐波 小，满足功率因素的要求； 2.保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳 定是两个PWM变流器正常工作的前提 3.控制发电机侧变流器和网侧变流器的有功功率 传输平衡，并根据电网运行要求，与电网实现 指定无功功率交换。
两种变流器比较
交流励磁双馈式风电系统的变流器，连接 于电网与可控励磁电流所在的转子绕组之 间。 无刷双馈式风电系统的变流器，连接于电 网与可控励磁电流所在的定子控制绕组之 间。
永磁同步风电机变流器控制
网侧变流器控制策略
当发电机侧变流器与网侧变流器传输功率不平衡时， 会导致电容电压的改变。
为了保持直流电压 恒定，采用了电压 外环，电流内环的 控制方法。
由于d轴分量与q轴分量 存在耦合，所以采用前 馈解耦的控制方法，是 的d轴与q轴解耦。
永磁同步风电机变流器控制
机侧变流器控制目标 根据永磁同步电机的数学模型，通过控制永磁 电机定子侧的电压电流，实现对定子侧磁链的 控制来实现对永磁同步电机的控制。
两种变流器比较
结构 直驱式风电系统的变流器接于定子绕组与 电网之间，功率输送是单向的，即只能从 发电机定子绕组流入电网。因此可以考虑 采用低成本的不控或半控器件。
风电系统PWM并网变流器
第二章风电系统PWM并网变流器2.1直驱风力发电变流系统概述直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交/直整流既可以采用IGBTPWM整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波"后者使用的大功率IGBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW 级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示"图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波"系统结构具有以下特点:1.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本"2.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求"3.升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构,一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波"4.PWM变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求;而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流"5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增"此时使制动单元IGBT导通,旁路PWM变流器,电阻能耗制动,降低并网电流"待电网电压恢复后再断开制动单元开关管,系统正常运行"6.PWM变流器网侧采用LCL滤波,实现了风电变流系统与电网的隔离:既滤除PWM变换的高频谐波,又滤除电网尖峰信号对功率变换系统的干扰"变流系统控制主要针对斩波器和逆变器"斩波器通过调节输入电流控制系统传输的有功功率"因为斩波器输出侧直流电压由PWM变流器控制恒定,所以控制输入电流时,调节IGBT开关管的占空比即控制了升压斩波器的输出电流,进而控制输入风能的功率"对变速恒频系统,斩波器输入电压会随风速的变化而改变"为了控制系统的有功功率,其输入电流指令也必然会相应的改变"所以快速的动态跟随性是斩波器的重要指标"网侧逆变器有两个控制要求,其一要求控制直流侧电压恒定,其二要求控制并网输出电流谐波畸变(THD)小,且保持单位功率因数(unitypowerfactor),以控制系统无功功率为零"当然在必要的情况下,也应可以向电网发出需要的感性无功或容性无功"而网侧逆变器由于与风轮机和同步发电机隔离,其主要控制目标是保持良好的抗扰性能"当然在系统指令改变时,PWM变流器也应具有快速的动态响应"2.2PwM变流器的分类及其拓扑从电力电子技术的发展来看,变流器较早应用的一种形式就是AC 心C变换装置,即整流器"它的发展经历了由不控整流器(二极管整流)!相控整流器(采用半控开关器件,如晶闸管)到PwM整流器(采用全控开关器件,如IGBT)的发展历程"传统的相控整流器,应用的时间较长,技术也较为成熟,但存在以下问题:图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM 变换中产生的高频谐波"并网变流器作用(l)晶闸管换相引起网侧电压波形畸变;(2)网侧谐波电流对电网产生谐波污染;(3)深控时功率因数很低;(4)闭环控制时动态响应慢;虽然二极管整流器改善了网侧功率因数,但是仍会产生网侧谐波电流而污染电网,另外二极管整流的不足还在于直流侧电压的稳定性差"针对上述不足,PWM整流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进"其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管,以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流,功能上也已经远远超过了最初的整流,所以名称也渐渐演变成变流器"PWM变流器可以取得以下优良性能:(l)网侧电流近似正弦波;(2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制);(3)电能双向传输;(4)较快的动态响应;(5)可进行并网逆变;目前已设计出多种的PWM变流器,电压型和电流型是最基本的分类方法"这两种类型的PWM变流器无论是在主电路结构!PWM信号发生以及控制策略等方面均有着各自的特点,并且两者存在着电路上的对偶性"电压型的PWM变流器研究和应用较多,因此本文主要介绍电压型PWM变流器(VSR)"1.单相半桥!全桥VSR拓扑图2一2分别示出了vsR单相半桥和单相全桥主电路拓扑结构I.4>"两者交流侧具有相同的电路结构,其中交流侧电感主要用以滤除网侧电流谐波"由图2一2(a)可看出,单相半桥VSR拓扑只有一个桥臂采用了功率开关,另一桥臂则由两电容串联组成,同时串联电容又兼作直流侧储能电容;单相全桥VSR拓扑结构则如图2一2(b)所示,它采用了具有4个功率开关的/H0桥结构"值得注意的是:电压型PWM 变流器主电路功率开关必须反并联一个续流二极管以缓冲PWM过程中的无功电能"比较两者,显然半桥电路具有较简单的主电路结构,!1.功率开关数只有全桥电路的一半,因而造价相对较低,常用于低成本!小功率应用场合"进一步研究表明,在相同的交流侧电路参数条件下,要使单相半桥VSR以及单相全桥VSR获得同样的交流侧电流控制特性,半桥电路直流电压应是全桥电路直流电压的两倍,因此单相半桥VSR 的直流侧电压利用率低,功率开关管耐压要求相对提高,另外,为使半桥电路中电容中点电位基本不变,还需引入电容均压控制,可见单相半桥VSR的控制相对复杂"2.三相桥式VSR拓扑结构图2-3为三相桥式VSR拓扑结构，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，采用6个功率开关管，这是一种最常用的三相电压型PWM整流器，广泛应用于电力系统的有源滤波和谐波补偿，以及作为大功率拖动设备的前端整流。
直驱风力发电系统双PWM变流器控制技术
维 护 复 杂 的齿 轮 箱 ，使 风 轮 机 直 接 驱 动 永磁 发 电 机 ， 高 了系统 的 可靠 性 和稳 定性 ［ 使 用永 磁 同步 提 １ １ 。
发 电机 ， 略 了双 馈 电机 中 的滑 环 和 碳 刷 ， 需 要 省 不
系统进 行 ＭＡ Ｌ ／ｉ ｕｉｋ建模 仿真 。 Ｔ ＡＢＳｍ ｌ ｎ 通过 仿真结
摘 要 ： 直 驱 风 力 发 电 系统 中，双 Ｐ Ｍ 变流 器 是 实现 能 量 转换 的 重要 部 件 。文 中 分析 了直 驱 型 风 力 发 电 系统 在 Ｗ 原 理 ， 了 实现 最 大 风 能捕 获 和提 高 系统 输 出的 电能 质 量 ， 机侧 和 网侧 变 流 器 分别 运 用 直 接 转 矩 控 制 （ Ｃ） 直 为 在 ＤＴ 和 接 功 率控 制 （ Ｃ ， 其 统 一 协 调 控 制 。 ＭＡ Ｌ Ｂ Ｓ ｌ ｋ 中进行 仿 真研 究 ， 析 和研 究表 明 ， 制 方 案 可有 效地 ＤＰ ） 使 在 Ｔ Ａ ／ｉ ｉ ｍｕ ｎ 分 控
第 ５期
２ １ ０ １年 ９月
电
源
ｅ ２ １
Ｊ ｕ ｎａ ｆＰｏ ｅ ｕ ｐｌ ｏ ｒ ｌｏ ｗ ｒ Ｓ ｐ ｙ
直驱风力发 电系统 双 Ｐ ＷＭ变 流器控制技术
姚 兴 佳 ， 永 兴 ， 庆 鼎 马 郭
（ ． 阳工业 大 学风 能技 术研 究所 ， 阳市 １０ ２ ；． 阳工 业大 学 电气工程 学院 ， 阳 市 １０ ２ ） １沈 沈 １０ ３ ２ 沈 沈 １０ ３
究。
）男 ， 授 ， 士 生 导 师 ， ， 教 博 主要 从 事 风力 发 电
、 。 … … … … … 、
方面的研究。
较 高 ， 积较 小 ， 体 目前 得到 广泛 应用 。忽 略 漏磁通 的
风电变流器的多种并网控制方法比较
风电变流器的多种并网控制方法比较引言：风电发电作为可再生能源的重要组成部分，越来越受到关注和推广。
而风电变流器作为风电发电系统中的核心设备之一，起到了将风力发电机产生的交流电能转换为可与电力系统交互的直流电能的重要作用。
在风电变流器的设计中，并网控制方法的选择是至关重要的，不同的并网控制方法会对风电的发电效率、稳定性以及对电力系统的影响产生不同的影响。
本文将对当前常用的风电变流器的多种并网控制方法进行比较，并对其优缺点进行探讨。
一、直接并网控制方法直接并网控制方法是风电变流器中最为简单的一种方式。
其通过将风电发电机输出的交流电能直接与电力系统相连，达到将风能转化为电能并注入电力系统的目的。
该方法主要包括电压控制和频率控制两种方式。
1.1 电压控制电压控制是直接并网控制方法中较为常见的方式。
其通过对风电发电机输出电压进行控制，使其与电力系统的电压保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的高效并网。
电压控制的优点在于不需要对电流进行独立控制，因此结构简单，容易实现。
然而，由于电压的波动会对电网稳定性产生影响，因此在实际应用中需要合理设计控制策略，以保证电网的稳定性。
1.2 频率控制频率控制是直接并网控制方法中另一种常见的方式。
其通过对风电发电机输出的频率进行控制，使其与电力系统的频率保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的并联。
频率控制的优点在于可以减小电力系统频率的波动，提高电网的稳定性。
然而，由于频率控制需要对电流进行独立控制，因此控制系统的复杂度较高。
二、间接并网控制方法除了直接并网控制方法外，还存在一种称为间接并网控制的方式。
该方法通过使用一个电容器将风电发电机输出直流电能转换为交流电能，再将其与电力系统并联。
间接并网控制方法主要包括无感双闭环控制和模型预测控制两种方式。
2.1 无感双闭环控制无感双闭环控制是间接并网控制方法中较为常用的一种方式。
其通过对风电发电机输出电流进行控制，同时检测电网侧的电流和电压，从而实现风电发电机与电力系统的并联。
基于DSP双PWM风力发电并网系统的研究
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电力电子课程设计报告
电力电子课程设计报告采用双PWM控制的风力发电并网变流器时间：2011年6月目录摘要 (3)第0章绪论 (4)0.1.课程设计要求 (4)0.2.风力发电并网系统简介 (4)0.3.课程设计流程 (5)第1章主电路选型 (6)1.1整流电路选型 (7)1.2后级变换电路选型 (8)第2章主电路有源器件参数计算 (11)2.1主电路开关器件选择 (11)2.1.1智能功率模块 MIG50Q201H 简介 (11)第3章主电路无源器件参数计算 (14)3.1直流电压的确定 (14)3.2交流侧电感的选择 (14)3.3直流侧稳压电容选择 (15)第4章有源电路的驱动、保护原理设计 (16)4.1有源IPM驱动电路设计 (16)4.2IPM 驱动电路设计 (18)4.3保护电路设计 (19)第5章控制、检测电路原理设计 (21)5.1控制电路设计 (21)5.1.1基于TMS320F2812 控制电路的设计 (21)5.1.2TMS320F2812 的主要特点 (22)5.1.3基于TMS320F2812 的控制电路板的设计 (23)5.2信号检测电路设计 (25)5.2.1电网电压相位过零点检测电路 (25)5.2.2直流母线电压检测 (26)5.2.3电流检测电路 (28)第6章散热设计 (30)6.1散热基础设计 (30)6.2IGBT散热计算 (32)第7章仿真 (33)7.1设计技术参数及要求 (33)7.2系统仿真设计 (33)7.3仿真结果 (34)第8章参考文献 (37)摘要随着全球能源危机和环境污染的日益严重，风能和太阳能作为当前最理想的绿色能源越来越受到各国的重视。
但是由于风力发电的波动性和分散性，如果直接并入电网会对电网产生冲击，所以必须使风力发电的输出电压稳定在一定的电压和频率值之后才能并入电网，实现柔性并网。
解决这一问题的核心就是风力发电并网变流器。
在本次课程设计中，我们组设计了双PWM脉宽调制技术控制的并网变流器。
[论文] 1.5MW风电变流器参数
![[论文] 1.5MW风电变流器参数](https://img.taocdn.com/s3/m/bad7ead579563c1ec4da714e.png)
风电系统技术参数汇总网侧变流器额定容量 480kV A频率范围 50Hz，＋2/-3 Hz额定电流 400A额定网压 690V，±10%持续控制方式 PWM全控整流转子侧变流器额定容量 580kV A三相输出电压 0～690V ± 10%额定输出电流 400A最大输出电流 486A最大瞬时输出电流 727A控制方式定子磁场定向矢量控制电流波形畸变率 < 5%发电机型式：双馈异步感应电机，水冷频率：50/60功率因数:容性0.95~感性0.9额定转速、范围（RPM）：1800/1000~2000(50HZ)定子额定电压：690V定子额定电流：1090A定子电阻：0.001692Ω转子电阻：0.002423Ω定子漏抗：0.03692Ω转子漏抗：0.03759Ω互感：1.4568Ω电机转动惯量：97.5kg.m3风机转动惯量：5.45*106kg.m3叶轮叶轮直径：77.4m叶片长度：37.5/38叶片数：3标准空气密度：1.225kg/m3齿轮箱结构形式：两级行星轮+一级平行轴齿轮传动比：1：94定子电阻 0.007553定子漏抗 0.107133转子电阻 0.012385转子漏抗 0.103987励磁并联之路电抗 2.9683定子电阻 0.008Ω定子电感15.68mH转子电阻 0.0188Ω转子电感 16.2mH励磁并联之路电抗 15.66Mh定子三角形，转子y型在与清华大学合作的过程中，磁链观测模型采用模块化编程，所有输入/输出采用标幺值，具体// Define the base quantites#define BASE_VOLTAGE 305.9902587 //V#define BASE_CURRENT 282.8427125 //A#define BASE_FREQ 70 // Base electrical frequency (Hz)#define BASE_FLUX 0.695712317 //Wb#define BASE_TORQUE 196.7772 // BASE_FLUX*BASE_CURRENT for Torque observation #define BASE_IND 2.459714 //BASE inductance mH＝BASE_RES /w=BASE_RES /(2*pi*f)=1081.838934/(2*3.14*70)#define BASE_RES 1081.838934 //BASE resistancemO=BASE_VOLTAGE /BASE_CURRENT电感和电阻的标幺值之所以这样处理是考虑到Z=R+j(XL-XC)，从矢量合成图来看，合成量幅值必然大于两个分量的幅值，相电压/相电流＝|Z|,因此采用认为电阻的基值就是|Z|，认为XL的基值就是|Z|,是合理的，因为电阻和感抗XL永远小于等于|Z|.1.5MW风力发电机培训资料一、主机概况:数据单位名称参数说明77 [m] 风轮风轮直径3 [-] 叶片数目80 [m] 轮毂中心高78 [m]63 塔高3.7 [deg] 叶片安装角桨叶和变距之间的参考线相对于风轴回转平面的角0 [deg] 叶片回转锥角叶片回转锥角4 [deg] 仰角主轴和水平面的夹角3668 [m] 风轮中心到塔心的距离凤轮回转中心和塔筒中心线的水平距离0 [m] 侧偏移(主轴到塔心) 主轴和塔轴的水平偏差Clockwise [-] 风轮自转方向(顺时针/逆时针) 当从上风向向风机看时,风机顺时针或逆时针转12000 [kg] 轮毂轮毂质量不含桨叶0.05 [m] 轮毂重心从主轴和叶片轴的交点到轮毂质量中心的距离14600 [kgm2] 轮毂转动惯量 (x轴)16640 [kgm2] 轮毂转动惯量 (y轴)16640 [kgm2] 轮毂转动惯量 (z轴)0.90 [m] 叶根半径螺孔中心圆半径2.692 [m] 回转直径(球径) 回转直径(球径)top:φ2556*12bottom:φ4113*28 塔架在一些截面的几何尺寸78 [m] 高[kg/m] 单位长度质量[m] 直径[Nm] 抗弯刚度[mm] 壁厚7800 [kg/m] 密度2.06e11 [N/m] 杨氏模量[Hz] 塔架一阶频率(弯曲下风向纵向)[Hz] 塔架一阶频率(横向)[-] 空气动力拖动系数[-] 流体动力拖动系数(海上适用)[-] 流体动力惯量系数(海上适用)[m] 理论平均水深(海上适用)[N/m] 基础平移刚度水平[kg] 基础质量[Nm/rad] 回转刚度绕水平轴[kgm2] 基础转动惯量绕水平轴3.5 [m] 机舱宽不含风轮和轮毂8.44 [m] 机舱长3.4 [m] 机舱高2.57 [m] 机舱前端到塔中心的距离[-] 机舱拖动系数50000 [kg] 机舱质量[m] 机舱重心到塔轴线的侧向距离[m] 质量中心相对于塔顶的高度1.1 [m] 从塔轴线到机舱质量中心的前向距离220000 [kgm2] 塔架轴线惯量[kgm2] 机舱惯量(x轴)[kgm2] 机舱惯量(y轴)100 [-] 动力系增速比97.5 [kgm2] 电机转动惯量At high speed shaft [-] 闸位置在高速轴或低速轴(1234)[Nm/rad] 低速轴转动刚度[Nms/rad] 低速轴阻尼[Nm/rad] 高速轴转动刚度[Nms/rad] 高速轴阻尼0.95(efficiency) % 机械传动损失[Nm/rad] 底盘相对于风轮轴的旋转刚度例如柔性驱动拖底盘(见图) [Nms/rad] 底盘相对于风轮轴旋转阻尼[kgm] 底盘及其部件的惯性矩[Nm/rad] 增速箱相对于风轮轴的转动刚度[Nms/rad] 增速箱相对于风轮轴的转动阻尼6318 [kgm2] 增速箱转动惯量[s] 电功率时间常数对于变速发电机13500 [kNm] 发电机的最大扭矩,例如短路转矩常数或方程0.97 [%]or[kw] 电机损失(效率)[Nm] 主轴最大制动扭矩转子闸[s] 主轴刹车时间[rpm] 制动装置在开始停车时的风轮转速Attached 1 [rpm],[kNm] 在额定值内的转矩-速度曲线,发电机转速对发电机扭矩发电机扭矩来源于发电机速度(独立与时间)1100 [Nm] 最低发电机速度发电机在线时的速度1800 [rpm] 额定发电机速度电控安装点8208 [Nm] 额定发电机转矩需要的转矩控制的时间表的附加信息0 [deg] 最小桨角发电时的变距要求变距系统90 [deg] 最大桨角发电时的变距要求90 [deg] 变桨位置底限(硬件) 通过开关或其他硬件-2º [deg] 变桨位置上限(硬件) 通过开关或其他硬件12º [deg]/s 变距比率限制需要变距控制的时间表的附加信息0.5 [deg/s] 偏航系统偏航速度偏航系统360 [kNm] 偏航驱动最大力矩5400 [Nm/rad] 偏航轴承最大旋转刚度偏航轴承最大倾覆力矩1100 [Nms/rad] 偏航轴承最大旋转阻尼222480 [Nm] 机械偏航制动力矩±15º 偏航策略风机启动、停止、紧停策略过速、风向、解缆策略功率曲线控制策略3 m/s 切入风速21 m/s 切出风速12 m/s 额定风速18 rpm 转子额定转速20 rpm 转子极限转速1.1 风力发电机CPC 77s/1.5MW风力发电机(以下简称为“风力机” )是三叶片、上风向、叶片变浆距、主动偏航、叶轮直径为77米、额定容量为1500kW、设计使用寿命20年的风力机.该机采用双馈异步发电机,该电机可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能.风轮由3个叶片、叶片轴承及球墨铸铁轮毂构成.叶片全长37.5米.叶片通过4-点球式轴承,安装在叶片轮毂上,以实现叶片的迎角可调.风力机可以根据发电量及产生的噪音调节叶片运行时的角度.在高风速下,双馈发电机和变浆距系统将风力机的输出功率保持在额定功率.在低风速条件下,双馈发电机和变浆距系统通过选择风轮转子的转速和叶片角度的最佳结合使风力机的输出功率最大.风力机通过主轴将机械功率由齿轮箱传输到发电机.齿轮箱由1级行星齿和2级螺旋齿轴传动.从齿轮箱通过万向联轴节柔性联结,将能量耦合到发电机.发电机是一台高效率的4极双馈式发电机,带有绕组转子和滑差线圈,采用绝缘轴承配置.双馈异步发电机,又称交流励磁发电机.其结构与绕线式异步电机类似,但转子上需要4个滑环.馈电方式则和双馈电机或异步电动机超同步串级调速系统相似,即定子绕组接电网,转子绕组由变频器提供频率、相位、幅值都可调节的电源,实现恒频输出,还可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节.由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的,流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率,该转差功率仅为额定功率的一部分,这样该变频器的成本以及控制难度大大降低.另外发电机运行时,既可超同步转速运行,也可亚同步转速运行,变速运行在1100~1810rmp之间,而定子输出电压和频率可以维持不变,既可调节电网的功率因数,又可以提高系统的稳定性.这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外,还可以实现有功、无功功率的灵活控制,对电网而言可起到无功补偿的作用.风力机的基本制动方法是全顺浆制动.高速轴的制动是紧急状态下的紧急制动,通过液压系统启动安装在齿轮箱高速主轴上的紧急碟式制动器.风力机的功能通过几台微处理器构成的控制单元监控.控制系统安装在机舱内. 在风力机全工况的过程中调节控制系统可以使叶片的转动角度变化在0°~90o.控制系统根据安装在机舱顶部的风向仪提供的风向信息控制偏航系统转向.偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和四台电机驱动的齿轮传动机构组成的.机舱盖是由玻璃纤维强化聚脂材料制成,可以保护机舱内部的设备,防雨、雪、尘和阳光的照射.从塔架进入机舱是通过塔顶的一个中央开口.机舱内还安装了一台起重量为200千克的链式提升机,提升高度为80米.风力机的塔架是钢制圆锥型筒式结构(不在供货范围内),设有攀梯助力装置.(由用户选购).CPC77s/1.5MW风力机的设计根据IEC 61400-1标准,78米塔架适用于III级风场(轮毂高67米和80米).1.5MW双馈异步风力发电机的主要技术参数1、发电机型号:YRKFF500-4 1500Kw 690v2、额定输出;右1800r/min时1500kw3、转速范围:1100—2000r/min4、电网电压:3AC 690V 50Hz cosφ＝1.05、发电机满载运行时额定效率:η≥97%6、发电机自身转动惯量:约97.5Kg.m安装方式MB3 冷却方式:IC616 防护等级IP54绝缘等级:H级温升F级(考核)旋转方向:顺时针(从轴伸瑞看)绕组连接方式:定子△,转子Y.转子绕组开路电压:2090VCPC 77s/1.5MW是并网型风电机组,由塔底控制柜引出的连接电力电缆(用户采购)通过容量为1.6MV A 35kV/690V或10kV/690V升压变压器(设备最高电压40.5kV,由用户选购)与中压电网连接,以10kV或35kV汇流线路集电,接入风电场升压站10kV或35kV母线,经二次升压后并入主电网.推荐接线方案为一机一变单元接线方式.对电网的要求:电网电压10~35kV,电压偏差±5%;电压闪变波动≥85%tev<0.1秒;周波50Hz+1Hz/-3Hz;电网失压的情况在整个风力机使用寿命期间最多允许平均每月发生一次. 风机的变桨距控制变距风轮的叶片在静止时,节距角为90度.气流对桨叶不产生转矩,整个桨叶实际是一块阻尼板.当测量风速在10分钟内平均达到起动风速时,桨叶向0度方向转动,直到气流对桨叶产生一定的攻角,(45度左右)风轮开始起动.并网前变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制,转速控制器按一定的速度上升斜率给定速度值,调整节距角.调整风力发电机转速在同步转速附近,寻找最佳时机并网.风机运行时,变浆系统也在工作1)如果风速低于额定风速,系统选择最佳的叶片受风角度.这样,风机的电能输出在任何一个风速下都将达到最大.这是通过变浆系统实现的.(2)当风速超过额定风速时,系统调节叶片的受风角度,使风机产生额定的发电功率.叶片沿其长度方向的轴转动调整叶片的受风角度.风机的变桨系统是靠液压系统推进的,通过各自独立的液压系统推动,使3个叶片保持相同的受风角度.风机的旋转速度和叶片角度随时根据风速的变化调整.控制系统选择这些变量的最合适的操作参数.根据风速的不同,可以将控制分为4个阶段和两种控制方式,即并网前的速度控制和并网后的功率控制.1).低风速(低于风机切入风速),控制系统将发电机与电网断开;2).中等风速(高于切入风速,小于额定风速),发电机连接到电网,但是功率没有达到额定值;3).高风速(高于额定风速,低于切出风速)风机发出额定功率的电;4).极高的风速(高于切出风速),发电机与电网断开,风机停止运转.低风速⌝当风速低于但是接近于风机切入风速的时候(4m/s),控制系统将叶片角度调整到45o左右.这种叶片角度将给予转子非常高的力矩.当风速提高时,转子的转速以及发电机的转速也相应提高,叶片的角度相应地被控制器调小,直到发电机的连接达到最佳的条件.⌝中等风速在风速高于启动风速而低于额定风速,控制系统确定最好的转子转速(,以及叶片角度,使电能的吸收率在每一个风速下达到最大.高风速⌝当风速超过额定风速时,风的动能足以满足风机产生额定功率,系统调整叶片的角度(调大叶片的角度)使功率达到额定值.⌝停止风速如果风速超过停止风速值,系统将发电机和电网断开,并将叶片角度调节到全顺浆位置(~90o).然后控制系统将等待风速降低到再启动风速以下,从新启动发电机.。
直驱式风力发电系统中双PWM变流器控制策略的研究
新 疆金 风 科技 股份 有 限公 司 韩 明刚 程 丽娟
［ 摘 要］ 大功率风力发 电 系统是 目 前的主流风 力发 电系统之 一。以背靠背载波移相 并联 双脉宽（ ＷＭ） Ｐ 变流器作为 直驱 型风力发 电 系统的风 力发 电变换单 ， 以满足 大功率直驱型风力发 电系统 可靠性 等各方面的要 求， 而且 变流器直接并联的方式有结 构简单 、 便 于模 块化设计 和容 易扩展 等优点 。网侧 变流器控制技术 、 电机侧 变流控制技术的有效利 用对优化 直驱风 电系统 电流控 制具 有十分
重要 的 价值 。
［ 关键词 ］ 直驱 型风力发 电 系统 永磁
１ 引言 ．
Ｐ ＷＭ 变流器 控 制 率 为 ３ Ｈｚ则 总输 出电流 中只含 ９ Ｈｚ Ｋ ， Ｋ 及倍数 的次谐波 。由此可 以看 出载波移相技术可 以使开关频率得 到成 倍的提高 ， 而且 在满足相 同的 谐 波标 准下 ， 因为输 出滤波 电感减 小和直 流侧纹 波电流减小 ， 而降低 从 了对直 流母线 电压以及 直流母 线电容 纹波 电流的需求 。唯一不 足的是 载波移 相并联会 造成并 联单 元间的环境 。一 般的风力发 电厂都 建在比 较偏远 且气候 恶劣的地方 ， 很难 维护 ， 所以整个发 电系统 的可靠性 一直 以来就是人们关 心的热点 ， 载波移相并联技术 的最大优点就是 当系 而 统中的一个模块 发生故障时 ， 只要改变相应 的载波 移相角和限制 系统 的容量 ， 可以放人备用单元 ， 也 其他模块还可以继续 工作 。 ３控 制策 略 的 研 究 ． ３１网侧 变流器 的控制策略 ． 三 相 电压 型 Ｐ ＷＭ变 流 器 对 电流 器 控 制 的 技 术 近 几 年 广 泛 应 用 于 并 网发 电等场合， 数学模型 、 计方法 、 制策略 已经 成为 当前研 究 其 设 控 的重点控制策略实施过程中可以分为直接电流控制和间接电流控制两 种 。间接 电流控制其实是对 变流器交流侧输 出电压的相位 和幅值进 行控制， 对电流进行信息 反馈 ， 不 因此实施过程 中会不可避免 的出现网 侧 电流动态响应慢 的问题， 同时对系统参数 的变化情 况反映速 度处于 很低 的状态， 当前需 要对其进行优化改进， 采取 直接 电流控制技术， 从而 能够有效避免响应速度慢 的问题 。在一般 的系统 中低频环流 由于频率 低， 其低频分量影 响系统 的可靠运行 ， 而通过实验验证增大并联 电感也 不能增 大低频环流 的阻抗 ， 以需要采取 其他的控制方法 。背靠背变 所 流器 １ 的整流 器可以调节发 电机输 出的无功功率 ， 有效调节 电机输 功率 因数 ， 当需要 电机输 出为单位功率因数时 ， 无功电流为０ 这样可 令 ， 以使 电机输 出最大有功功率 。同时 ， 由于无功输 出可调 ， 使发 电机转速 范围更宽 。电机侧 整流器还可 以稳定 直流侧 电压 ， 给并 网逆变器提供 稳 定 的直 流 电 源 。 在 电流 控 制 过 程 中 还 可 以 采 取 模 糊 控 制 、 测 控 预 制、 人工神经网络控制等方法， 但是这 些方 法在实现过程 中相对 比较 复 杂， 实时性差， 因此可 以采取一些新 的方法， 把其运用到 电力 电子装置 中 去， 具体为重 复控制技 术和 比例谐 波控制技术 。其 中重 复控制技术 主 要是对重复 内膜进行谐波信号检 测 ， 在实施过程 中能对全频 的谐波 进 行高精度的有效控制 ， 并且对 整个系统的结 构要求 不高 ， 一来就可 这样 以提高整个风力发电系统的整体效益。 比例谐 波控制技术和重复控制 技术有很大 的不同 ， 除了能读谐 波信号进行 分析保证其处 于高增 益 它 的状态 ， 并且能够对其进行内模控制 ， 唯一的缺点就是谐波控制数字实 现过程 中对程序算法 的精度要求 比较高 。 ３２机侧变流器的控制策略 ． 直驱风 电系统 电机 侧变流 器需要对 电机进行全 面的控制， 具体研 究过程 中需 要以 电机 为研 究对象， 电机 能量输入变流进行控 制， 对 主要 是采取 电磁转矩控制技术 。直驱风 电系统 电机侧采用 Ｐ ＷＭ整流器 ， 将 频率 和幅值变化 的交流 电整流成恒定直 流 ， 由网侧逆变 器将 电能反馈 人 电网。机侧变流器 主要作用是控制发 电机 的有功功率进而实 现最大 功率 追踪 。采用磁 场定 向的矢 量控制策略 ， 可得 电磁转 矩仅 由ｑ轴 电 流分 量产生 。令 ｄ轴电流分量 为０ 可以实现把定子 电流全部用来产 ， 生电磁转矩 ， 而没有无 功电流 的损耗 ， 从而提高 了效率 。当直 流侧 电压 恒定 时 ， 忽略机侧 、 网侧变流器 和电抗 器等损耗 的影 响 ， 电机发 出的 发 功率 等于网侧 变流器输 出的功率 。通过调 节发 电机的输 出功率就 可以 调节整个风 电系统 的输出功率 。综上 所述 ， 机侧 的控 制策略就是外 环 采用 有功功率 闭环调节 ， 通过把 电网反馈的实际功率 Ｓ 和参考功率的偏
永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略
永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略1. 本文概述随着全球能源结构的转型和对可再生能源需求的不断增加，风能作为清洁、可再生的能源之一，在电力生产中扮演着越来越重要的角色。
永磁直驱风电机组（PMSG）因其结构简单、效率高、维护成本低等优点，已成为风力发电领域的研究热点。
在PMSG系统中，双PWM （脉宽调制）变换器的协调控制策略对于提高系统性能和效率具有至关重要的作用。
本文旨在研究和探讨永磁直驱风电机组中双PWM变换器的协调控制策略。
将详细分析PMSG的工作原理和双PWM变换器在其中的作用，以及现有控制策略的优缺点。
接着，本文将提出一种新型的双PWM变换器协调控制策略，该策略通过优化变换器的工作参数，实现更高效的能量转换和更平稳的输出电压。
本文还将通过仿真实验验证所提控制策略的有效性。
仿真结果将显示，相较于传统控制策略，所提策略在提高系统效率、减少功率损耗、增强系统稳定性等方面具有明显优势。
本文将对研究成果进行总结，并对未来研究方向提出展望，以期为进一步提高永磁直驱风电机组的性能和推动风力发电技术的发展提供参考和借鉴。
2. 永磁直驱风电机组系统概述永磁直驱风电机组（Permanent Magnet Synchronous Generator，简称PMSG）作为一种高效、可靠且维护成本较低的风电发电技术，在现代风力发电领域得到了广泛应用。
该系统的主要特点是发电机转子采用永磁体励磁，省去了传统的滑环和电刷结构，实现了直接驱动风轮旋转并同步发电，从而提高了系统的整体效率和可靠性。
永磁直驱风电机组通常包括以下几个关键部分：永磁同步发电机、变桨机构、齿轮箱（在直驱系统中通常省略）、以及用于实现最大功率跟踪和电网兼容性的双PWM变换器系统。
双PWM变换器分别负责直流侧电压调节与交流侧并网控制，通过适当的变换策略，不仅能够确保风电机组在宽风速范围内高效运行，还能够在各种电网条件下实现稳定并网、无功功率补偿及低电压穿越等功能。
变流器基本原理
变流器基本原理1、双馈型风⼒发电系统的运⾏原理双馈型风⼒发电系统结构图如图1所⽰，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电⽹等构成。
其⼯作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并⼊电⽹。
通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进⾏合理的控制使整个系统实现风能最⼤捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电⼒系统的各种故障。
双馈异步发电机的定⼦与转⼦两侧都可以馈送能量，由于转⼦侧是通过变频器接⼊的低频电流起到了励磁作⽤，因此⼜名交流励磁发电机。
双馈异步发电机主机结构特点是：定⼦与⼀般三相交流发电机定⼦⼀样，具有分布式绕组；转⼦不是采⽤同步发电机的直流集中绕组，⽽是采⽤三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转⼦结构相似。
正常⼯作时，定⼦绕组并⼊⼯频电⽹，转⼦绕组由⼀个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转⼦励磁系统通常采⽤交-直-交变频电源供电。
图1、双馈风⼒发电系统结构图双馈异步发电机在稳态运⾏时，定⼦旋转磁场和转⼦旋转磁场在空间上保持相对静⽌，此时有如下数学关系表达式：12r n n n =±2160f n n f r p ±=1211r n n n s n n ?==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定⼦电流产⽣磁场的旋转速度、转⼦旋转速度和转⼦电流产⽣磁场相对于转⼦的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转⼦电流频率，p n 为发电机极对数，ss n n n s ?=为发电机的转差率。
由上式可知，当发电机转⼦转速r n 发⽣变化时，若调节转⼦电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。
当r n <1n 时，电机处于亚同步速运⾏状态，转⼦旋转磁场相对于转⼦的旋转⽅向与转⼦旋转⽅向相同，变频器向转⼦提供交流励磁，定⼦向电⽹馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运⾏状态，转⼦旋转磁场相对于转⼦的旋转⽅向与转⼦旋转⽅向相反，此时定、转⼦均向电⽹馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转⼦提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运⾏。
直驱风电系统双PWM变流器非线性控制策略
ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ）控制算法设计 无源控制器 。仿真结果 表明机侧 变流器能够实现对转速 的控制 ；网侧变 流器实现直流 电压 跟踪控制 、单位功率 因数并 网。实验验证 了所提控制策略的可行性。 关键 词 ：永磁 同步 电机 ； 双脉冲宽度调制（ Ｐ ＷＭ） 变流器 ； 无源控制 ； 阻尼注入 ； 端 口受 控耗散 哈密顿 中图分类 号 ：Ｔ Ｍ３ １ ５ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ — ８ ９ ３ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ３ ５ — ０ ７
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ — ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｈ ｙ ｂ ｉ ｒ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
Ｅ Ｌ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｃ ＨＤ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｑ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｅ Ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ －
风力发电并网逆变器设计原理
风力发电并网逆变器设计原理风力发电并网逆变器设计原理风力发电并网逆变器是一种用于将风力发电机的直流电能转换为交流电能并接入电网的设备。
它可以实现风力发电的高效利用，将风力发电机产生的直流电能转化为电网所需要的交流电能。
接下来，我们将逐步介绍风力发电并网逆变器的设计原理。
第一步：直流输入风力发电机产生的电能是直流电能，因此首先需要将直流电能输入到并网逆变器中。
这一步骤通常包括电流检测、电压检测等操作，以确保输入电能的质量和稳定性。
第二步：直流-交流转换在直流输入之后，接下来需要将直流电能转换为交流电能。
这一步骤通常通过使用逆变器来实现。
逆变器中包含了一系列的开关元件，通过控制这些开关元件的开关状态，可以将直流电能转换为交流电能。
逆变器中的控制算法通常采用PWM（脉宽调制）技术，以确保输出的交流电能具有较低的谐波含量和高的质量。
第三步：电网连接在直流-交流转换之后，接下来需要将转换后的交流电能接入电网。
在接入电网之前，需要对输出的交流电能进行一系列的检测和调整，以确保交流电能符合电网的要求。
这包括电压检测、频率检测、功率因数控制等操作。
第四步：并网控制在将交流电能接入电网之后，需要对并网逆变器进行一系列的控制操作，以保证其与电网的安全稳定运行。
这包括对逆变器的输出功率进行调节，以确保其与电网的负荷匹配；对逆变器的运行状态进行监测和保护，以防止逆变器因故障而对电网造成损害。
第五步：故障保护并网逆变器在运行过程中可能会遇到各种故障，例如过流、过压、短路等。
为了防止这些故障对电网造成影响，需要在逆变器中设置一系列的保护机制，以及相应的故障检测和处理算法。
当逆变器检测到故障时，会及时采取相应的措施，以确保逆变器和电网的安全运行。
综上所述，风力发电并网逆变器的设计原理包括直流输入、直流-交流转换、电网连接、并网控制和故障保护等步骤。
通过合理设计并实施这些步骤，可以实现风力发电的高效利用，将直流电能转换为电网所需要的交流电能，并确保逆变器与电网的安全稳定运行。
【风力发电机组主要系统】变流器介绍(中级)
直接控制发电机转矩，动态响应好， 发电机端电流THD小。
发电机转矩不直接控制，直流侧斩波环 节可采用多重化，动态响应慢，定子电 流谐波大。
全功率变流器电气组成：1、电网侧变流器回路
2、电机侧变流器回路 3、直流侧卸荷单元
到母线额定电压0.8倍时，闭合主回路开关，切出预充电开关， PWM变换器开始调制，建立稳定的直流母线电压。
平波电抗器
NPR 2
MPR 2
Du/dt 接触器 2
熔断器
G2
S2
断路器
MPR 1 S1
Chopper
Du/dt 接触器 1
定子
发电机
定子电压 PWM
电机侧变流器回路：由电压源型PWM变流器、电机侧du/dt
2
时间（s） 机组能够保证不脱网连续运行。
2、故障清除后有功恢复要求：自故障清除时刻开始，以至少10%额定功率/秒的 功率变化率恢复至故障前的值。 3、故障期间无功支撑要求：如果是对称跌落，当风电场并网点电压处于标称电 压的20%~90%区间内时，风电场应能够通过注入无功电流支撑电压恢复，自并网 点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时 间不小于550ms；注入电力系统的动态无功电流。
低电压穿越－转子IGBT型开关（主动Crowbar）
双馈 发电机
卸荷
采用IGBT型Crowbar电路吸收发电机转子多余的能量，同时设计了完备的 缓冲吸收电路使之具备短时间大电流工作要求；
IGBT良好的开关特性可以快速的投入、切出Crowbar装置，度过暂态及快 速向机组投入无功电流
直流母线装有卸荷电路，吸收直流母线多余的能量，抑制直流过压并缩 短暂态时间。
不控整流+升压斩波+网侧PWM变流器结构风电系统
永磁直驱风力发电机拓扑及控制电路总结一、拓扑结构图不控整流+升压斩波+网侧PWM 变流器结构的风电系统结构图二、电路模型分述1. 升压斩波(Boost)电路模型Boost 电路模型如图所示当电路处于稳态运行时，一个周期T 内电感储存的能量和释放的能量相等，即有11211()dc dc on dc dc dc off V I t V V I t =-由上式可以得到1211on offdc dc dc offt t V V V t D+==- 根据输入输出功率相等，有21(1)dc dc I D I =-式中，D 为占空比，ont D T=。
由上述各式可得2212111dc dc dc dc V V I D I ⎛⎫= ⎪-⎝⎭ 21(1)dc L R D R =-可看出直流电压源连接的升压斩波器可以表达为占空比的函数。
2. 二极管整流电路模型如图，电机与二极管整流器相连，将交流电能转换成直流电能113g g dc dc V I V I =这里，1dc V 和1dc I 分别为直流侧电压和直流侧电流。
二极管整流器交流连接处的每相电阻值定义为g R 。
可以得出1dc V 与交流侧相电压g V 的关系1 2.34dc g V V =同理，可得出1dc I 和g I 的关系为1dc g I =3. 网侧变流器模型并网型电压源逆变器在静止三相abc 坐标系中的状态方程为11ga a a b b gb c c gc u i u d i u u dt L L i u u ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦式中，a b c i i i ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦是逆变器输出电流矢量;a b c u u u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦是逆变器输出相电压矢量; ga gb gc u u u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦是电网相电压矢量; L 是每相滤波电感的大小。
为便于分析电流控制并网型电压源逆变器的控制方法, 将三相静止坐标系abc 转换为基于两相旋转dq 坐标系，得到010gd d d q q gq u i i d i i u dt L ωω⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎛⎫=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦⎣⎦式中，下标 d 、q 分别表示 d 、q 轴上的变量;ω表示电网的基波角频率大小。
风力发电网侧PWM整流器控制系统设计
２１ ０ １年 ６ 月
电 力 电子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎｉｓ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ
Ｖ０ ．５．Ｎｏ６ １ ４ ． Ｊｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
风 力发 电网侧 Ｐ ＷＭ 整流器控制 系统设计
孙 威 ，赵 乃卓
（ 辽宁 工程技 术大学 ，辽 宁 葫 芦 岛 １５ ０ ） ２ １５
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图 １示 出三 相 电压 型 整 流 器 的 电路 原 理 。
电 ， 想 送 入 电 网必 须 经 过 电力 变 换 。 要
目前 投 入 应 用 的 风 力 发 电系 统 通 常 为 永 磁 同
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风电变流器网侧PWM变换控制器研究
风电变流器网侧PWM变换控制器研究摘要：本文介绍了风电变流器网侧PWM变换器的数学模型和控制框图,给出了控制电路的硬件构成和软件流程,并给出实验波形。
关键词：风电变流器，PWM，控制器0 引言PWM变换器的控制技术是风力发电技术的核心技术之一，本文设计的PWM变换器是基于PI调节器的双闭环控制系统，并对提高网侧PWM变换器抗扰动性能的前馈控制策略进行了研究。
采用改进的前馈控制策略，对于负载扰动和电网电压三相平衡跌落，具有很好的抗干扰能力。
1 PWM变换器的数学模型和控制框图1.1 PWM变换器d-q轴下的数学模型图1 PWM整流器主电路将三相静止对称轴系中PWM整流器的一般数学模型经坐标变换后，即得到VSR的dq模型，可解决对时变系数微分方程的求解，便于对参量解耦及获得控制策略。
坐标系及矢量分解如图2所示，其中(d, q)轴系以电网基波角频率ω同步逆时针旋转。
图2 坐标系及矢量分解根据幅值不变原理，进行矢量分解。
经推导，可得同步旋转(d, q)轴系下的PWM整流器数学模型：式中ed, eq——电网电压E的d, q轴分量；ud, uq——VSR交流侧电压矢量U的d, q轴分量；id, iq——VSR交流侧电流矢量I的d, q轴分量。
1.2 PWM整流器的控制策略三相VSR控制系统设计采用双闭环控制，电压外环主要控制三相VSR直流侧电压稳定在指定值，电流内环按照电压外环输出的电流指令对有功无功电流进行控制，在同步旋转(d, q)轴系下电流控制器跟踪参考电流产生合适的参考电压。
然后，参考电压矢量被转换到三相静止轴系中，产生PWM脉冲，驱动开关。
(1)电网电压定向矢量控制选取d轴与电网电压矢量E重合，则d轴表示有功分量参考轴，而q轴表示无功分量参考轴。
此时，电网电压的q轴分量eq为零。
为了实现单位功率因数，无功电流分量iq的参考值iq*设为零。
VSR双闭环控制系统结构图如图3所示。
图3 VSR双闭环控制系统结构框图由式(1-1)可以看出，变换器交流侧电流的d, q轴分量存在着相互耦合，无法对电流的d, q轴分量进行单独控制，给控制器设计造成一定困难。
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第二章风电系统PWM并网变流器2．1直驱风力发电变流系统概述直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交／直整流既可以采用ＩGBＴPＷＭ整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波＂后者使用的大功率ＩＧBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示＂图2一１直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机＂发．出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(ＰＷM变换）对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压＂三相电压型ＰWＭ变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网＂图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流＂网侧采用ＬCＬ滤波技术可以有效地滤除PＷＭ变换中产生的高频谐波"系统结构具有以下特点：１.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本"２.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求"3．升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构，一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波"4.PＷＭ变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求；而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流＂5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增＂此时使制动单元IGＢT导通,旁路PWM变流器,电阻能耗制动,降低并网电流"待电网电压恢复后再断开制动单元开关管,系统正常运行"6.ＰＷM变流器网侧采用LCL滤波，实现了风电变流系统与电网的隔离：既滤除ＰWM变换的高频谐波，又滤除电网尖峰信号对功率变换系统的干扰"变流系统控制主要针对斩波器和逆变器"斩波器通过调节输入电流控制系统传输的有功功率"因为斩波器输出侧直流电压由ＰＷＭ变流器控制恒定,所以控制输入电流时，调节IGBT开关管的占空比即控制了升压斩波器的输出电流，进而控制输入风能的功率"对变速恒频系统，斩波器输入电压会随风速的变化而改变＂为了控制系统的有功功率,其输入电流指令也必然会相应的改变"所以快速的动态跟随性是斩波器的重要指标"网侧逆变器有两个控制要求,其一要求控制直流侧电压恒定,其二要求控制并网输出电流谐波畸变(THＤ)小,且保持单位功率因数(ｕnｉtｙpowerfactor）,以控制系统无功功率为零"当然在必要的情况下,也应可以向电网发出需要的感性无功或容性无功"而网侧逆变器由于与风轮机和同步发电机隔离,其主要控制目标是保持良好的抗扰性能"当然在系统指令改变时,ＰWM变流器也应具有快速的动态响应"２.2PwＭ变流器的分类及其拓扑从电力电子技术的发展来看,变流器较早应用的一种形式就是ＡC心C变换装置,即整流器"它的发展经历了由不控整流器（二极管整流)!相控整流器(采用半控开关器件,如晶闸管)到ＰwＭ整流器(采用全控开关器件,如IGBT)的发展历程"传统的相控整流器，应用的时间较长,技术也较为成熟,但存在以下问题:图２一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(ＰWM变换）对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PＷM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元ＩGBT导通,电阻消耗能量，从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波"并网变流器作用(l）晶闸管换相引起网侧电压波形畸变;(2)网侧谐波电流对电网产生谐波污染;(3）深控时功率因数很低；(4)闭环控制时动态响应慢；虽然二极管整流器改善了网侧功率因数，但是仍会产生网侧谐波电流而污染电网,另外二极管整流的不足还在于直流侧电压的稳定性差"针对上述不足，PＷM整流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进＂其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流,功能上也已经远远超过了最初的整流,所以名称也渐渐演变成变流器"PWM变流器可以取得以下优良性能:(ｌ)网侧电流近似正弦波;(２）网侧功率因数控制(如单位功率因数控制）;(３)电能双向传输;(4)较快的动态响应；（5)可进行并网逆变;目前已设计出多种的ＰＷＭ变流器，电压型和电流型是最基本的分类方法＂这两种类型的PWM变流器无论是在主电路结构!ＰWM信号发生以及控制策略等方面均有着各自的特点,并且两者存在着电路上的对偶性"电压型的ＰWM变流器研究和应用较多，因此本文主要介绍电压型PWM变流器(VＳＲ)＂1.单相半桥!全桥VSR拓扑图2一２分别示出了vsR单相半桥和单相全桥主电路拓扑结构Ｉ．４>"两者交流侧具有相同的电路结构,其中交流侧电感主要用以滤除网侧电流谐波"由图2一2(ａ）可看出，单相半桥VSR拓扑只有一个桥臂采用了功率开关,另一桥臂则由两电容串联组成,同时串联电容又兼作直流侧储能电容;单相全桥ＶSＲ拓扑结构则如图2一2(b)所示,它采用了具有4个功率开关的/H0桥结构"值得注意的是:电压型PWM变流器主电路功率开关必须反并联一个续流二极管以缓冲PWM 过程中的无功电能＂比较两者,显然半桥电路具有较简单的主电路结构，!1.功率开关数只有全桥电路的一半，因而造价相对较低,常用于低成本!小功率应用场合"进一步研究表明,在相同的交流侧电路参数条件下，要使单相半桥VＳR以及单相全桥VSR获得同样的交流侧电流控制特性,半桥电路直流电压应是全桥电路直流电压的两倍，因此单相半桥ＶＳR的直流侧电压利用率低,功率开关管耐压要求相对提高,另外,为使半桥电路中电容中点电位基本不变，还需引入电容均压控制,可见单相半桥VSR的控制相对复杂"2.三相桥式VSR拓扑结构图2-3为三相桥式VSR拓扑结构，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，采用6个功率开关管,这是一种最常用的三相电压型ＰＷM整流器,广泛应用于电力系统的有源滤波和谐波补偿，以及作为大功率拖动设备的前端整流。
三相桥式VＳＲ工作原理同单相全桥VSR类似，但是脉冲调制的时候是三相调制３．三电平ＶＳR拓扑图２-4是三电平VＳＲ常见的拓扑结构。
和二电平VSR相比而一言，三电jＶSR的主要优点在于:一是对于同样的基波和谐波要求，它的开关频率低得多从而可以大幅度降低开关损耗:二是它适用于更高的交、直流侧电压规模（１４]这两点都有利于加大变流机组的容量。
不过三电平VSR的缺点也显而易见，-方面其主电路拓扑使用功率开关器件较多；另一方面,它的控制也要比二电一’ＶSR复杂，尤其需要解决中点电位平衡问题。
２.３三相电压型PWM变流器的工作原理PWM变流器不同于传统意义上的AＣ/DＣ整流器,具有网侧功率因数控制、能量双向传输的性能。
当PWM变流器从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态,当PWＭ变流器向电网传输电能时，其运行于逆变工作状态。
单位功率因数控制是指:当PWM变流器运行于整流状态时,网侧电压!电流同相,当PWM变流器运行于逆变状态时,其网侧电压!电流反相"进一步研究表明,PWM变流器其网侧电流及功率因数均可控，因而在风力并网变流器领域有着广泛的应用图2一5给出了三相电压型PWM变流器的典型电路结构＂图2一5中共有四个储能元件，三个交流电感Ｌ和直流电容C,另外R表示功率开关管损耗等效电阻与交流电感及网侧等效电阻之和，为PＷM变流器交流侧等效电阻＂交流电感的主要作用为:隔离电网电动势与变流器桥臂交流电压,控制变流器交流侧电压实现四象限运行；滤除交流电流谐波;储能,实现变流器与电网传递无功功率；使变换器具有升压变换(Boost)特性"直流电容的主要作用为：缓冲交流侧与直流负载之间的能量交换，稳定直流电压;使直流侧具有电压源特性,构成电压型PＷM变流器;抑制直流侧电压谐波"根据PWM变换电路的原理,直流电压由直流电压闭环控制，桥臂中点电压通过开关管的PWM模式控制，类似于同步电机励磁电压矢量的方向和幅值可控=.６]"图２一6表示电压型PwM 变流器的等效电路图"根据正弦调制和载波比较技术对功率开关管进行PWM调制,可以在桥臂交流侧产生正弦调制的PWM电压波形,如图２-6所示＂正弦调制PWM波含与调制波频率相同且幅值成正比的基波分量和与载波相关的高频谐波＂这些高次谐波会产生电感电流脉动"忽略PWM高次谐波，如下相量方程（2一1)式成立:其中E为电网电动势相量,U，为桥臂交流电压"!的基波分量的相量而夕表示线电流基波分量的相量＂以电网电动势为参考,控制桥臂交流电压相量U!可以控制PWＭ变流器的运行状态,使其不仅能工作于单位功率因数的整流或逆变状态,也可以根据需要发出超前或滞后的无功"图2一７给出系统相量图＂图2一7a）中U!超前E相角占，而电流夕超前云相角少"这里,，9０",其有功分量少；与云相位相反,电路工作在逆变状态,实现了能量的回馈;同时电流无功分量了,超前E相角９０0,表明其具有超前的无功,呈现容性负载特性"图(2一7b)中U！滞后E相角占,而电流I滞后云相角中"这里价<90"，其有功分量2"与云相位相同，电路工作在整流状态：同时电流无功分量I;滞后E相角900,表明其具有滞后的无功,呈现感性负载特性＂实际上由于可以调节电流幅值的大小和电网电动势与线电流之间的相位差,系统既可以控制交直流侧有功功率的传递，又可以控制变流器从电网吸收或发出的无功功率,方便地实现了四象.限运行"由此可见,要实现PWＭ变流器运行状态的控制，关键在于网侧线电流的调节＂一方面可以通过控制桥臂交流电压来间接控制网侧电流(幅值相位控制);另一方面,也可以通过网侧电流的闭环调节直接控制变流器的网侧电流"2.4三相电压型ＰWM变流器的数学模型对控制对象的数学建模主要是为了提出相应的控制策略,设计控制参数并分析系统的动!静态特性"本节建立两种数学模型:一般电路拓扑在三相静止坐标系(a-ｂ一c)下的数学模型(包括低频和高频模型),两相旋转坐标系(ｄ一q)下的数学模型"针对图2一8所示的主电路图,图中ｅa,气，eｃ为电源电压,ia,心,i.为电源电流,叽，叽,叽为整流前端输出PｗＭ电压一几为直流回路输出电流,瓜为直流负载电流,红为直流滤波电容输入电流,呱为直流母线电压，UN(，为图中N点对O点的电压，尺等效为开关损耗等效电阻和交流侧电感电阻含量之和,凡．为直流侧等效负载电阻,几为直流侧滤波电容值,ｅ:为直流电动势"各电压电流量均为瞬时值,正方向如图2一8所示"为了简化分析作如下假设(l）交流三相电网为理想电压源，即三相对称!稳定！内阻为零；(2)三相回路等效电阻相等,均为尺;(３)各相电感相等，均为入;(4）忽略开关器件的导通压降和开关损耗;(5)忽略分布参数的影响;２:41静止坐标系数学模型所谓静止坐标系数学模型就是根据三相电压型PWM变流器拓扑结构,在三相静止坐标系(a,ｂ,")中,利用电路基本定律对变流器所建立的一般数学进行描述"如图2一6所示，当直流电动势气=o时,直流侧为纯电阻负载,此时三相vsR只能运行于整流模式;当气>Vuc 时候,三相vSR既可运行与整流模式，又可运行于有源逆变模式,此时三相vSR将气所发电能向电网侧输送，有时也称这种模式为再生发电模式;当气<呱时,三相VＳR则运行于整流模式＂为便于分析,定义三相整流桥开关函数Sａ,凡,Ｓc为:。