直驅型風力發電機組中高功率因數整流器仿真研究

王文博，李宏，程昊

(西北工業大學，陜西西安710072)

摘要：針對直驅型風力發電機組中整流環節的高功率因數的要求，在研究三相電壓型整流器工作原理的基礎上建立了基于前饋解耦的雙閉環控制系統模型，采用SVPWM調制方法，實現了交流側功率因數可調，得到了穩定的直流電壓。運用Matlab／Simulink對系統進行了仿真，以額定轉速為220 r／min、額定轉矩為1000 N·m的PMSG模型作為交流源，在三種不同風速下對系統進行仿真分析。仿真結果驗證了方案的優越性和可行性，為直驅型風力發電系統的研究及大規模應用奠定了基礎。

    關鍵詞：風力發電；SVPWM；三相電壓型整流器

    中圖分類號：TM315  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2010)05—0067—03

    摘要：針對直驅型風力發電機組中整流環節的高功率因數的要求，在研究三相電壓型整流器工作原理的基礎上建立了基于前饋解耦的雙閉環控制系統模型，采用SVPWM調制方法，實現了交流側功率因數可調，得到了穩定的直流電壓。運用Matlab／Simulink對系統進行了仿真，以額定轉速為220 r／min、額定轉矩為1000 N·m的PMSG模型作為交流源，在三種不同風速下對系統進行仿真分析。仿真結果驗證了方案的越性和可行性，為直驅型風力發電系統的研究及大規模應用奠定了基礎。

    關鍵詞：風力發電；SVPWM；三相電壓型整流器

    中圖分類號：TM315  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2010)05—0067—03

研究及 應用奠定了基礎。

1 三相VSR數學模型

1.1 三相VSR電路拓撲

    三相VSR電路拓撲如圖2所示。它主要包括交流側等效電感L、電阻R、全控開關器件IGBT和續流二極管組成的三相全橋電路、直流電容C和負載RL、ea、eb為相位互差120。電壓源。其中三個電感￡、三個電阻R以及交流源ea、eb、ec又可看作三相交流發電機的模型。

 2三相VSR的數學模型

    三相VSR的數學模型是根據三相VSR拓撲結，究構，利用電路基本定律對VSR所建立的一般數學描述。在文獻[3]中所給出的三相靜止坐標系下VSR的數學模型反映了整流器的開關細節和工作機理，即：

式中：sk為二值邏輯開關函數，sk=a，b，c；sk=1；上橋臂開關器件導通，下橋臂開關器件關斷；sk=0，上橋臂開關器件關斷，下橋臂開關器件導通。采用Park變換，將三相整流器模型變換到兩相同步旋轉d、g坐標系，使d軸定向于發電機電壓矢量，得到整流器在兩相同步坐標系下的模型為：

2控制方法

2.1前饋解耦控制策略

    三相vSR需實現兩個控制目標：①穩定直流側電壓；②交流側在受控功率因數工作，因此一般采用雙閉環控制。在雙閉環控制中，電壓外環控制三整流器直流側電壓；電流內環根據電壓外環輸出的指令電流進行電流控制。

    由式(2)可以看出，三相PwM整流器的數學模型中輸入電流d、q軸分量間存在耦合，這給控制器設計帶來困難。引入電壓和電流作為前饋補償進行解耦，并采用簡單的無靜差PI調節器作為外環電壓控制器及內環電流控制器，實現d、g軸電流的獨  

立控制[5-6]。如圖3所示。

2．2 svPwM調制算法

    svPwM調制算法是通過控制逆變器不同的開關模式，使逆變器瞬時輸出的三相脈沖電壓構成的電壓空間矢量與所期望輸出的三相對稱正弦波電壓構成的電壓空間矢量相等效。具體實現算法如下：

   首先，將Vd、Vq轉換為兩相靜止坐標系下的Vα，Vβ進而根據式(3)、式(4)判斷指令電壓矢量所在的扇區。

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