变速恒频风力发电系统的三电平SVPWM逆变控制

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1、第3期(总第16O期)机械工程与自动化No．32010年6月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：1672-6413(2010)03—0127—03变速恒频风力发电系统的三电平SVPWM逆变控制廖锷，周国荣(中南大学信息科学与212程学院，湖南长沙410083)摘要：介绍了双馈感应风力发电系统的结构，提出了该类系统的变速恒频发电控制策略。在建立双馈发电机的数学模型的基础上，详细论述了三电平SVPWM逆变控制策略在变速恒频风力发电系统中的应用及实现方法。关键词：变速

2、恒频；三电平；SVPWM中图分类号：TM315文献标识码：A0引言2三电平逆变器SVPWM控制的实现变速恒频风力发电系统以双馈异步电机作发电图1是一个典型的二极管箝位式三电平逆变器主机，其定子绕组直接接入电网，转子经背靠背的双向电路。电压源变频器与电网相连，给发电机提供交流励磁。本文重点研究双馈异步发电系统三电平SVPWM逆变控制策略的实现。1双馈发电机建模基于幽坐标系的双馈异步发电机的数学模型如下：A(1)转子电压方程为：B+dLdC一-~oaL，,

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)其中：Urq分别为d、9轴转子电压；iirq分别为d、q轴转子电流；为电机漏磁系数；L为转子自感；图1二极管箝位式三电平逆变器主电路COs为转差电角速度；R为转子电阻；为定转子互2．1空间电压矢量表示感；为定子自感，为定子磁链。以A相为例，当以直流电源的中心点0为参考点(2)转矩方程为：时，它的输出状态有3种：当s、s通，s。、S断时，T===(i一i,di，口)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)输出状态为P．输出电压为出／2；当S、S。通，S、S其中：71为电磁转矩；为电机极对

4、数；i分别断时，输出状态为0，输出电压为0；当S。、S通，S、为d、q轴定子电流。S。断时，输出状态为n，输出电压为一【，出／2。如果把(3)运动方程为：每一相的3种输出状态组合起来，其空间电压矢量可71一71L一×警。⋯⋯⋯⋯⋯．．(3)以由UBO、UCO叠加出3。一27种空问电压矢量，如图2所示。一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一百。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(L4)2．2参考电压矢量与输出电压矢量的确定其中：丁为风力机的拖动转矩；J为机组转动惯量；，首先，根据参考电压矢量的角度确定出该矢量为转子角速度；为

5、转子位置角。位于如图2所示的6个正三角形区域中的哪一个，然收稿日期：2009—0827；修回日期：2010-01—17作者简介：廖锷(1985一)，男，湖南湘潭人．在读硕士研究生，主要研究方向为电气传动自动化和高压柔性电传输。‘128。机械工程与自动化2010年第3期后，可以依据如下3条规则进一步地判断出位于哪个I(ref。+／~／3)≤小三角形，如图3所示。由参考电压矢量所在小三角{(ref。一ref口／)≥V1。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1o)形的3个顶点所对应的电压矢量即可合成参考电压【V≤4COSOr／6)Vf

6、。(4)V耐在4区：fVrel口≤V4COS(n／6)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)npnopnppn综上所述，可得参考电压向量I象限判断规则：／／。＼／＼规则1：(“+／3)≤。npo／opoVpo、pon规则2：(h—re{口／~／3)≥V1。／／＼规则3：ref口≤V4COS(丌／6)。2．3输出电压矢量的作用时间计算npp在采样周期内，对于一个给定的参考电压矢量／V耐，可以利用3个基本电压矢量来合成，根据伏秒平衡原理，满足方程组：f．1／f丁11+22+713V3—71Vre{I丁1+丁2+丁3一。图

7、2三电平逆变电压空间矢量图其中：丁、丁。、分别为、。、。矢量对应的作用时间；T为采样周期。由方程组可以得到图3中各基本矢量的作用时间。(1)V在1区，由矢量、、。合成，作用时间分别为：T1—2kTsin(-0)。．)T4—2愚r，sin0。T。一E1—2ksin(+)]71。UPPPnn其中：足一~／2Irefl／出。000⋯⋯一●---nonnnnn(2)V在2区，由矢量、、。合成，作用时间分别为：图3第1象限矢量合成图(1)Vf在1区：T一[2—2ksin(+)IT。JfVrefCOS(罢o一0)~Vl

8、sin(n／3)o。≤<30oT2一[-2ksin(@一)一13T。。UlVrdCOS(一罢n)≤1sinOr／3)30。40<60。T3—2kTsin0。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)(3)V在3区．由矢量、、。合成，作用时间分别为：由式(5)可得：T1一(1—2ksin0)T。(。h+ref口／3)≤1。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)(2)Vref在2区：T一[1—2ksin(一)]丁。0Vrefsin(