电流跟踪控制的风力发电并网逆变器研究资料下载.pdf
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在此,提出了一种逆变器控制方案,直接以电网电压的同步信号作为逆变器输出电流的跟踪信号,这样便可使输出电流快速地跟踪电网电压,提高回馈电能的质量。
该控制系统结构简单,易于控制。
仿真结果和实验结果均表明,电流能很好地跟踪电网电压信号,实现单位功率因数输出。
2AC/DC/AC风力发电系统简介图1示出AC/DC/AC风力发电机并网发电系统。
该系统采用双PWM变流器结构,当风速较低时,风力发电机侧的PWM变流器通过交流升压斩波,将低压交流电能传输到直流侧,从而提高了风力发电机的运行效率。
网侧的PWM变流器则将风力发电机侧的PWM变流器传输过来的直流电逆变为交流电馈入电网,并能控制输出电能的功率因数和电流幅值2-3。
AC/DC/AC变流器的突出特点是不仅能够变速恒频运行,而且能够提高风能转换效率,成为风电转换之间的缓冲电路。
能做到在并网过程中电流跟踪状态良好,输出功率可调,是一种简单、可靠的并网型风力发电方式。
3PWM逆变器的系统模型图2示出PWM逆变器的拓扑结构。
假定不考虑并网逆变器直流母线两端的电压波动,三相电网电压对称且稳定,主电路开关元器件为理想开关元件,根据基尔霍夫电压电流定律和三相电压源型PWM并网逆变器工作原理,可得到网侧PWM逆变器开关函数的数学模型4为:
C1dUdcdt=Id-k=a,b,c!
ikSk
(1)电流跟踪控制的风力发电并网逆变器研究包来,林成武,程利民(沈阳工业大学,辽宁沈阳110023)摘要:
在风力发电系统中,并网逆变器的控制是实现电能转换与传输的重要环节。
系统采用电流瞬时反馈控制,直接以电网电压同步信号作为逆变器输出电流跟踪指令;
通过对网侧电流的闭环跟踪控制,实现单位功率因数向电网馈送电能,并根据三相电压源型并网逆变器开关函数的数学模型进行了控制系统仿真研究。
仿真和实验结果均表明,采用该控制策略可以改善馈网电流质量,提高了并网逆变器的稳定性和动态性能。
关键字:
逆变器;
风力发电;
功率因数/电流跟踪中图分类号:
TM464文献标识码:
A文章编号:
1000-100X(2008)06-0053-03ResearchonGrid-connectedInverterbasedonCurrentTrackControlinWindGenerationSystemBAOLai,LINCheng-wu,CHENGLi-min(ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110023,China)Abstract:
Inwindgenerationsystem,controlledonconnectingelectricitywebinverteristhebestimportantpointinachievingthetransformationandtransmissionofthepower.Thesystemiscontrolledintimebythefeedbackcurrent,thesynchofthegrid-voltisusedtobetheoutputoftheinverterofthecurrenttrackcommand,bythecirclefeedbackcontrolofgrid-current,achievingunitpower-factortosendthegrid.Thengrid-connectedinvertercontrolsystemmodelcombinedswitchfunctionissetup.Thesimulativeandexperimentalresultstestifythattheproposedcontrolstrategyimprovethesta-bilizationanddynamicofthegrid-inverter.Keywords:
inverter;
windpower;
powerfactor/currentfeedbackFoundationProject:
SupportedbyFoundationofEducationDepartmentofLiaoningProvince(No.05L282)电力电子技术PowerElectronicsVol.42,No.6June,2008第42卷第6期2008年6月53电力电子技术PowerElectronicsVol.42,No.6June,2008第42卷第6期2008年6月图2PWM逆变器的拓扑结构图中:
Udc为逆变器的输入,来自于风力发电机侧变流器的输出;
L为交流侧滤波储能电感;
R1为电感中的寄生电阻;
ua,ub,uc为逆变器输出电压;
ik为逆变器输出电流;
ea,eb,ec为公共电网电压。
Ldikdt+Rik=UdcSk-13n=a,b,c!
Sn#
(2)式中:
k=a,b,c。
uk-Rik-Ldikdt=ek(3)k=a,b,c!
ek=k=a,b,c!
ik=0(4)Sk=1(上臂导通,下臂关断)0(上臂关断,下臂导通$)(5)式(3)中,忽略R,带入ik=ik*-ik,得:
Ldikdt=ek+Ldik*dt%&
-uk(6)由式
(2)和式(6)可得,在ek稳定的情况下,逆变器的输出电流ik只取决于逆变器的输出电压uk。
4逆变器的控制策略对于无穷大公共电网,逆变器作为电流源向电网输送电能。
通过控制逆变器输出电流即可控制输出功率。
为了不对公共电网产生谐波污染,必须使逆变器各相输出的电流与电压反相,实现单位功率因数输出,图3示出并网逆变器控制系统图。
由于逆变器作为电流源并网,输出电压幅值基本与电网电压幅值相等,所以可根据风力发电系统的容量设定输出电流幅值,即为逆变器输出电流峰值指令im*。
将im*反相后与同步信号相乘,即可得到相位为零的网侧电流指令信号i*a,b,c。
i*a,b,c与网侧电流ia,b,c相比较,经PID处理后进入DSP中,输出PWM控制信号,以调制直流电压Udc,由i*a,b,c和ia,b,c构成的网侧电流控制环,其目的是要求ia,b,c跟踪i*a,b,c以达到让网侧电流跟踪电网电压的目的。
根据图3可得图4的结构图。
由图4可得系统a相的闭环传递函数为:
Ya(s)=I*a(s)G2(s)-Ea(s)G1(s)1+H(s)G1(s)G2(s)(7)G1(s)=1Ls+R(8)G2(s)=KPIKPWM(9)由a相的闭环传递函数可知,在ea和KPWM比例增益稳定的情况下,Ya(s)取决于PID控制器的参数和H(s)。
5系统仿真根据并网逆变器的控制系统图和三相电压源型逆变器开关函数的数学模型,利用Matlab/Simulink工具箱建立了基于开关函数的三相电流跟踪控制并网逆变器仿真模型,并对该模型进行了仿真分析。
仿真参数:
L=5mH,R=0.02。
设开关频率为5kHz,交流电压峰值ek=70V,直流电压Udc=100V,给定电流指令im*分别为20A和5A。
图5a,b示出a相输出电流ia和交流侧电压ea的仿真波形。
由图可见,当im*=20A时,ia很好地跟踪了im*的值,且谐波含量很小,系统在稳定运行的同时具有较好的动态性能,并以负单位功率因数向电网回馈有功功率;
当im*=5A时,电流谐波含量增加,局部出现抖动现象,跟踪效果不好,但功率因数接近-1,整体运行状态较稳定。
在系统参数确定的情况下,电流环控制(i*a,b,c-ia,b,c)为系统提供调制波。
图5c,d示出由a相电流环控制(i*a-ia)得到的调制波波形。
对比可见,在载波频率固定时,调制波的波形好坏直接影响到输出电流的波形5。
其主要原因是调制波直接影响到PWM控制信号的生成,导致输出电流波形出现畸变,谐波含量增加,过零点延迟等现象。
6实验结果根据上述分析,设计了一套以TMS320LF2407图4a相电流环传递结构图图中:
KPWM为PWM比例增益;
H(s)为电流取样倍数;
KPI为PI控制器参数;
L,R为每相电感和等效电阻。
54(上接第47页)电路输出电压纹波与输出电容值和脉冲封锁频率成反比,当采用很低的脉冲封锁频率来降低待机功耗时,有可能使输出电压纹波过大。
因此为了保证待机功耗和输出电压纹波都能达标,选择Co值和脉冲封锁频率就很重要。
实验中取Co=100F,待机脉冲封锁频率控制在100200Hz。
图7示出不同输入电压下,Class-E变换器的输出电压波形。
由图可见,在交流90265V的全范围输入内,Uo都能保持在5.76.3V,输出电压脉动小于5%。
图8示出Class-E谐振变换器空载损耗随uac变化的曲线。
由图可见,不加待机控制时,变换器的空载功耗远大于0.3W;
加待机控制后,谐振变换器的空载功耗在交流90265V全范围输入内都小于0.3W,符合业界0.3W的待机功耗要求。
6结论针对Class-E谐振变换器在小功率充电领域的应用,提出了适用的待机控制设计方法
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