6 并网逆变器控制

ugq 0
则
Pg ugd igd
Qg ugd igq
(3.1.32) (3.1.33)
20
网侧PWM变换器及其控制
Pg ugd igd
Qg ugd igq
说明: ① Pg 大于零表示网侧PWM变换器工作于整流状态，从电 网吸收能量； ② Pg 小于零表示网侧PWM变换器处于逆变状态，能量从 直流侧回馈到电网。 ③ Qg 大于零表示网侧PWM变换器呈容性，从电网吸收超 前的无功； ④ Qg 小于零表示网侧PWM变换器呈感性，从电网吸收滞 后的无功。 可见：电流矢量的d、 q轴分量 igd 和 igq 实际上分别代 表了变换器的有功电流分量和无功电流分量。
igd 1 L i u vgd gd gq L 1
vgq
(3.1.35)
23
网侧PWM变换器及其控制
功率方程变为：
P Pg ugd igd ugd
vgq
- igd
(3.1.36)
1L
vgd Q Qg ugd igq ugd ugd 1L
21
网侧PWM变换器及其控制

单位功率因数整流工况时的功率流向
ua ub uc L
L L R R R
iload

ua ub uc
L
L L
R R R
iload

RC

Vdc
RC

Vdc
PgR Pg
Pgs
PC
Pload
PgR Pg
Pgs
PC
Pload
(b)逆变运行 (a) 整流运行 图3.3 网侧PWM变换器在单位功率因数运行时的功率流动示意图
19
网侧PWM变换器及其控制

网侧PWM变换器的瞬时功率分析

从电网吸收的有功功率和无功功率为： Pg ugd igd ugqigq (3.1.30)
Qg ugqigd ugd igq
(3.1.31)

在坐标系 d轴 定向于电网电压的同步旋转坐标系统中， 有：
ugd ug 3 Ug 2
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 PWM变换器
4
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）
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 igd 相同)，变换器电流含 超前电流分量( igq 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( igq 0 )，需要的直流 母线电压要低一些。
(3.1.1)
Sa、 Sb、 Sc分别为三相桥臂的开关函数。 式中：
8
网侧PWM变换器

则
三相无中线的系统中有： iga igb igc 0
(3.1.2)
diga (u ga u gb u gc ) ( S a Sb S c ) R 1 iga u ga Sa Vdc L L 3 3 dt digb R i 1 u (u ga u gb u gc ) S ( Sa Sb Sc ) V gb b gb dc dt L L 3 3 digc (u u gb u gc ) ( S a Sb S c ) R 1 igc u gc ga S c Vdc L L 3 3 dt dV C dc Sa iga Sbigb Scigc iload dt
Sd 、 Sq --- 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
ugd ug 3 U g； U g：相电压峰值 2
ugq 0

电网电压定向后
3 digd U g Rigd L 1 Ligq vgd dt 2 digq 0 Ri L 1 Ligd vgq gq dt dVdc C dt ( S d igd S q igq ) iload
digd 1 Ligq vgd u gd Rigd L dt digq 1 Ligd vgq u gq Rigq L dt dVdc C dt ( S d igd S q igq ) iload
(3.1.21)
其中： u gd、ugq---交流电网电压α 、β轴分量； igd 、 igq ---交流输入电流α 、β轴分量； vgd 、vgq ---三相全控桥(VSC)交流侧电压α 、β轴分量；

(3.1.3)
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： uga ugb ugc 0
diga ( S a Sb S c ) R 1 i u S ga ga a Vdc L L 3 dt digb ( S Sb S c ) R 1 igb u gb Sb a Vdc dt L L 3 digc ( S a Sb S c ) R 1 Vdc dt L igc L u gc Sc 3 dVdc Sa iga Sbigb Scigc iload C dt
q
igq
ig

igd
u gd Zi g vg vgd
d
j1 Li g
Ri g
vgq
(a)
18
网侧PWM变换器及其控制

规律： 如忽略电阻，功率因数为1时的稳态电压空间矢量 关系如图3.2(b)所示
q
igd
u gd
d
vgq
vg vgd
1 Ligd
(b)
可以发现，输出负载越大， 所需最低直流母线电压就越 高，即使在空载时也要高于 电网线电压峰值，这是网侧 PWM变换器的Boost电路升压 特性决定的。
(3.1.37)
- igq
表明：调节变换器交流侧电压空间矢量的两个分量，可以调 节变换器从电网吸收的有功和无功分量，使变换器在不同 的有功、无功状态下作四象限运行。
24
网侧PWM变换器及其控制


网侧PWM变换器控制概况
网侧PWM变换器的主要的功能是保持直流母线电压的稳定、输入电流 正弦和控制输入功率因数。 直流母线电压的稳定与否取决于交流侧与直流侧的有功功率是否平衡。 如果能有效地控制交流侧输入有功功率，则能保持直流母线电压的稳定。 由于电网电压基本上恒定，所以对交流侧有功功率的控制实际上就是对 输入电流有功分量的控制。 输入功率因数的控制实际上就是对输入电流无功分量的控制， 输入电流波形正弦与否主要与电流控制的有效性和调制方式有关。
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：
3 U g Rigd 1 Ligq vgd 2 0 Ri Li v gq 1 gd gq
(3.1.23)
iload (Sd igd Sqigq )
6
网侧PWM变换器

网侧PWM变换器的主电路
iload
VSC交流侧（pole）
交流电网
u ga u gb u gc
L L L
R iga R R
igb igc

C

Vdc
负 载
交流输入阻抗
VSC
直流侧
7
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：
diga digb S aVdc u gb igb R L SbVdc u ga iga R L dt dt digb digc SbVdc u gc igc R L S cVdc u gb igb R L dt dt dVdc C dt S a iga Sb igb S c igc iload
(3.1.7)
其中 f a Sa ( Sa Sb Sc ) ，fb Sb ( Sa Sb Sc ) ，f c Sc 3 3
( S a Sb S c ) 3
11
网侧PWM变换器
则有：
diga vga u ga Riga L dt digb u gb Rigb L vgb dt u Ri L digc v gc gc gc dt C dVdc S i S i S i i a ga b gb c gc load dt
(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
ig
igq

igd
u gd Zi g vg vgd
d
ig = igd
vgq
u gd
d
j1 Li g
vgq
vg vgd
1 Ligd
Ri g
(a)
(a) 一般情况
(b)
(b) 忽略电阻且功率因数为1
Z R j1L为线路的阻抗， 为功率因数角 图中，
u g --- 交流电网电压α 、β 分量值； 其中：u g 、 ig 、 ig --- 交流输入电流 α 、β分量值； vg --- 变换器中三相全控桥(VSC)交流侧电压 α 、β分量值； vg、 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
并网逆变器 矢量控制与直接功率控制
孙丹 浙江大学 电气工程学院
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。
网侧PWM变换器及其控制

忽略各种损耗后，变换器的直流侧与交流侧的功率平衡关 系：
Pg ugd igd Vdciload P load
Biblioteka Baidu由式
(3.1.34)

3 v U g 1 Ligq gd 2 v Li 1 gd gq
(3.1.25)
可得：

(3.1.4)
则三相静止坐标系下网侧PWM变换器的数学模型为：
(3.1.5)
10
网侧PWM变换器

考虑交流侧输出的线电压为：
vgab ( Sa Sb )Vdc vgbc ( Sb Sc )Vdc vgca ( Sc Sa )Vdc
输出相电压为：
(3.1.6)
vga f aVdc vgb fbVdc vgc f cVdc
P Pg --- 电网提供的有功功率； load --- 直流侧负载功率； PgR --- 交流侧线路电阻功耗； Pgs --- 变换器开关和导通损耗 PC --- 直流母线电容等效并联电阻损耗、电容充放电功率

图3.3(b)表示由直流侧有源负载提供的有功功率回馈给电网并补偿各种损耗功 22 率的情况。
(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
dig vg u g Rig L dt dig vg u g Rig L dt dVdc C dt ( S ig S ig ) iload