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风力发电中网侧PWM整流器的仿真研究

2012-08-01 10:28
林契于宸
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1引言

  近些年,我国越来越重视对可再生能源的开发和利用,特别是对交流励磁变速恒频风力发电技术的重视。而变流技术又是其中的关键技术。但是目前变流装置大部分需要整流环节获得直流电压,由于常规整流环节采用二极管不控整流电路或者晶闸管相控整流电路,容易产生大量谐波,可对电网造成非常严重的“污染”。所以,为了抑制“污染”,可以实现单位功率因数和低谐波含量的pwm整流技术就越来越受到广大的关注。

  在交流励磁双馈风力发电系统中,三相pwm整流是关键的技术,而网侧整流器性能的好坏更是影响整个系统的好坏。本文将建立三相电压源型pwm整流器的d-q数学模型,采用电压电流双闭环的控制策略,并对整个系统进行深入的理论分析和实验研究。

2 三相pwm整流器的拓扑结构和工作原理

  三相电压型pwm整流器(vsr)实际上是一个交、直流侧可控的四象限运行的变流装置。为便于理解,结合下面图1电压型pwm整流器的主电路拓扑结构示意图,来阐述三相pwm整流器的基本工作原理。

  图1中l为交流侧滤波电感,电阻r为滤波电感l的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的合并,sa、sb、sc均为功率开关管,c为直流侧电容,rl为直流侧负载。

  图1中上下两个功率开关管的导通是交替的,即上桥臂开关管导通时,其相对应的下桥臂开关管是关断的。pwm整流的基本工作原理就是把正弦信号波和三角波相进行比较,把比较的结果送到6个晶体管中进行pwm控制,这样就可以在桥的交流输入端ab产生一个正弦调制波uab,uab中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量,以及和三角波载波有关的频率很高的谐波,而不含有低次谐波。由于电感的滤波作用,高次谐波电压只会使交流电流产生很小的脉动,所以可以忽略。对相电压按相量图进行控制,就可以使相电流为正弦波且和电压相位相同,从而达到功率因数近似为1。同理,可以控制uac,ubc从而使各相电压和各相电流同相位。

3 网侧变换器的d-q轴数学模型

  网侧三相电压型pwm整流器的拓扑结构如图2所示:

 

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