小型孤立风力发电系统变流器设计与仿真

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1、研究与开发小型孤立风力发电系统变流器设计与仿真姚鑫粟文义燕博贺栋栋(1．内蒙古工业大学电力学院，呼和浩特010080；2．内蒙古电力勘察设计院，呼和浩特O10020)摘要针对小型孤立风力发电系统输出电压和频率易波动特点，采用空间矢量脉宽调制技术(SpaceVectorPulseWidthModulation，简称SVPWM)，设计了小功率变流器控制电路。在Matlab／Simulink环境下建立了适用于风力发电系统的整流器与逆变器的模型，并进行了仿真。仿真结果表明，基于SVPWM控制的变流器可以很好的平抑风电机

2、组输出电压与频率波动，满足孤立风电系统的供电要求。关键词：SVPWM；频率波动；仿真；风力发电DesignandSimulationofConverterinSmallIsolatedWindPowerSystem0XiLiWenyi1YanBo2HeDongdong(1．SchoolofElectricPower，InnerMongolUniversityofTechnology,Huhehaote010080；2．InnerMongoliaElectricPowerSurvey&DesignInstitut

3、e，Huhehaote010020)AbstractAimedatthefluctuatecharacteristicsofisolatedwindpowersystemexpo~voltageandfrequenc~applytheSpaceVectorPulseWidthModulationtechnology,designthecontrolsystemofsmallcapacityconverter．BuildtherectifierandinvertermodelinMatlab／simulinken

4、vironmentandsimulated．TheresultsshowthattheconverterbaseonthecontrolofSVPWMcandampenthewindpowersystemoutputvoltageandfrequencyfluctuations，meetthepowersupplyrequirementoftheisolatedwindpowersystem．Keywords：SVPWM：frequencyfluctuation；simulation；windpowergene

5、ration1引言风能属于间歇式能源，小型孤立风力发电所产生的电能具有波动性l】J。采用小型永磁发电机的直驱风暖力发电系统通过变流环节向用户输出合格的电能。传统的整流与逆变往往采用基于二极管的不可控整流器或SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)控制的晶闸管三相桥式电路，优点是电路简单、成本低、控制方法简易；缺点是谐波含量高、功率因数图1三相VSR拓扑结构低、逆变出的电压波形不平滑和稳定等I2]。为了克根据图l所示的拓扑结构，三相静止坐标系下服传统变流方式的缺点，本文对二相电压型

6、整流器的数学模型为[41和三电平逆变器采用SVPWM方式进行控制，实现整流输出直流电压稳定和逆变输出二相交流电压符三詈一)j合用户要求的目的。=导一半3⋯(1)2三相VSR工作原理IjJ3)⋯三相PWM电压型整流(Voltagesourcerectifier，鲁。简称VSR)电路拓扑结构如图1所示。id=Saia+Sbib+Scic内蒙占自治区自然科学基金(200711020702)2011年第1期电气技7ltI29国家自然科学基金(50967002)研究与开发式中，Us(R=a，b，c)为电源电压；fn(g／

7、=a，b，通过计算得到6个扇区的作用时间如表2所示。C)为电源侧电流；S为开关函数，它有两种状态1其表2不同扇区的作用时间和0，l表示某一相的上桥臂导通，0表示某一相的扇区1中，2fI34562—3C曰一C一曰下桥臂导通。对式(1)进行坐标变换，从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系下[】一一C-B—Z幽23==3．3开关作用时2间卜3计算L在不同的扇区，根据、和开关切换规律，出+}开关作用时间为矾一+3SVPWM原理【．1}+SVPWM控制通常要经过扇区判断与选择、扇区根据公式(7)，开关作用时间，、、取值

8、内矢量作用时问判定和开关作用时间计算兰个环节。如表3所示。以三角波为载波，、To：、To，为调3．1扇区判断．制波，可获得SVPWM的触发脉冲。由于采用三相桥式电路，将空间分为六个扇区。表3开关作用时间取值将两相d-q坐标系变换到一坐标系后，得到电压扇区l23456和，二者合成得到矢量Uo，它与每一相的相．电压的关系为Uo=U+juB=(+d+口)(3)7=，r，电压矢量为4变流器仿真