直驱型风力发电机组中高功率因数整流器仿真研究

王文博，李宏，程昊

(西北工业大学，陕西西安710072)

摘要：针对直驱型风力发电机组中整流环节的高功率因数的要求，在研究三相电压型整流器工作原理的基础上建立了基于前馈解耦的双闭环控制系统模型，采用SVPWM调制方法，实现了交流侧功率因数可调，得到了稳定的直流电压。运用Matlab／Simulink对系统进行了仿真，以额定转速为220 r／min、额定转矩为1000 N·m的PMSG模型作为交流源，在三种不同风速下对系统进行仿真分析。仿真结果验证了方案的优越性和可行性，为直驱型风力发电系统的研究及大规模应用奠定了基础。

    关键词：风力发电；SVPWM；三相电压型整流器

    中图分类号：TM315  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2010)05—0067—03

    摘要：针对直驱型风力发电机组中整流环节的高功率因数的要求，在研究三相电压型整流器工作原理的基础上建立了基于前馈解耦的双闭环控制系统模型，采用SVPWM调制方法，实现了交流侧功率因数可调，得到了稳定的直流电压。运用Matlab／Simulink对系统进行了仿真，以额定转速为220 r／min、额定转矩为1000 N·m的PMSG模型作为交流源，在三种不同风速下对系统进行仿真分析。仿真结果验证了方案的越性和可行性，为直驱型风力发电系统的研究及大规模应用奠定了基础。

    关键词：风力发电；SVPWM；三相电压型整流器

    中图分类号：TM315  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2010)05—0067—03

研究及 应用奠定了基础。

1 三相VSR数学模型

1.1 三相VSR电路拓扑

    三相VSR电路拓扑如图2所示。它主要包括交流侧等效电感L、电阻R、全控开关器件IGBT和续流二极管组成的三相全桥电路、直流电容C和负载RL、ea、eb为相位互差120。电压源。其中三个电感￡、三个电阻R以及交流源ea、eb、ec又可看作三相交流发电机的模型。

 2三相VSR的数学模型

    三相VSR的数学模型是根据三相VSR拓扑结，究构，利用电路基本定律对VSR所建立的一般数学描述。在文献[3]中所给出的三相静止坐标系下VSR的数学模型反映了整流器的开关细节和工作机理，即：

式中：sk为二值逻辑开关函数，sk=a，b，c；sk=1；上桥臂开关器件导通，下桥臂开关器件关断；sk=0，上桥臂开关器件关断，下桥臂开关器件导通。采用Park变换，将三相整流器模型变换到两相同步旋转d、g坐标系，使d轴定向于发电机电压矢量，得到整流器在两相同步坐标系下的模型为：

2控制方法

2.1前馈解耦控制策略

    三相vSR需实现两个控制目标：①稳定直流侧电压；②交流侧在受控功率因数工作，因此一般采用双闭环控制。在双闭环控制中，电压外环控制三整流器直流侧电压；电流内环根据电压外环输出的指令电流进行电流控制。

    由式(2)可以看出，三相PwM整流器的数学模型中输入电流d、q轴分量间存在耦合，这给控制器设计带来困难。引入电压和电流作为前馈补偿进行解耦，并采用简单的无静差PI调节器作为外环电压控制器及内环电流控制器，实现d、g轴电流的独  

立控制[5-6]。如图3所示。

2．2 svPwM调制算法

    svPwM调制算法是通过控制逆变器不同的开关模式，使逆变器瞬时输出的三相脉冲电压构成的电压空间矢量与所期望输出的三相对称正弦波电压构成的电压空间矢量相等效。具体实现算法如下：

   首先，将Vd、Vq转换为两相静止坐标系下的Vα，Vβ进而根据式(3)、式(4)判断指令电压矢量所在的扇区。

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