基于DSP控制的双PWM风电并网换流器的设计

摘要：为了解决风力发电的分散性和波动性以及接入电网对电力系统造成冲击等问题，提高整个系统的电压频率稳定性，文章以DSP作为主控制器，研究设计了一种基于双PWM控制的风电并网换流器。针对风力发电并网换流器的主电路，设计了整流和逆变部分的双PWM电路拓扑结构，从而提高了系统的动态响应，减少了损耗和冲击，实现了电能的双向传输，同时还能提高风力发电机侧功率因数。最后对设计的系统进行仿真验证。
关键词：主控制器；双PWM控制；并网换流器；拓补结构

0 引言
在能源危机愈演愈烈的今天，寻找绿色环保的新能源替代传统的化石燃料已成为人类共同的期待。风能作为绿色能源的的一种，它的开发和利用能够解决传统能源带来的诸多问题，是理想的替代能源。通过风电机组将风能转化为电能是一种非常有效的能源利用手段。随着数字信号处理芯片的诞生，很多先进的控制算法得以应用，大量出现在风力并网控制系统中。

1 主电路设计
并网控制器的结构如图1所示，控制核心由DSP芯片完成，通过驱动电路控制两个换流器的工作。过去一般采用二极管整流器件和晶闸管有源换流器，但由于运行中存在响应慢、电流谐波和损耗大以及不能实现四象限运行等缺点。本文对两个变流环节均采用基于全控型器件四象限运行的PWM换流器，不仅可以减少系统的冲击和损耗，还可以实现电能的双向传输，提高系统的动态响应和风力发电机网侧的功率因数，使输出电压电流波形为标准正弦。整个系统由输入滤波电感、智能功率模块(IPM)、直流滤波电容三部分组成。双PWM换流器整体硬件构成如图1所示。

为了便于分析，将整个系统分成交流电网侧、网侧PWM逆变器、直流侧、转子侧PWM换流器和双馈发电机。双PWM换流器主电路拓扑结构如图2所示。

功能描述：
(1)双PWM换流器在结构和功能上都相对独立。
(2)双PWM换流器的两端均可实现能量的双向流动，且两侧均可在整流／逆变状态之间进行转换。
(3)双PWM型换流器具有较强的无功功率控制能力。
1．1 整流电路选型
由于采用双PWM调制，所以在发电机侧采用PWM电路(见图3)。由于此电路本身就具有BOOST升压功能，故无需额外的升压电路，就可以让发电机在很宽的风速范围内运行，而且允许功率双向流动，减少了系统对电网的谐波污染。

1．2 后级变换电路选型
后级变换电路采用SPWM电路(如图4)，在输入直流电压的情况下，输出为标准的正弦波电压。

由DSP控制器发出方波控制信号，使输出端产生基波为正弦波的方波电压，再经过滤波装置即可产生标准的正弦波电压输出(如图5)。

网侧换流器的控制目标是：1)保持输出直流电压稳定并且有优良的动态响应能力。2)确保交流侧输入电流为正弦且功率因数为1。故输入电流的有效控制是网侧换流器控制的关键。从本质上讲，网侧换流器是一个涉及交、直流电能形态转换的能量变换系统。由于无穷大电网电压基本恒定，对输入电流实施快速有效的控制也就能有效地控制能量流动的速度和大小。