基于DSP与FPGA的双馈式风电变流器控制系统

作者：时间：2013-08-21来源：网络收藏

4．2 网侧变流器控制
网侧变流器控制目标是：保持输出直流电压恒定且有良好的动态响应能力；确保交流侧输入电流正弦，功率因数为1。
在网侧变流器控制中，由于电网电压保持不变，所以这里采用基于电网电压定向矢量控制技术。将三相静止坐标下的变流器模型转换到两相旋转坐标系下，并将交流侧三相电流变换到d，q坐标系下的电流分量id，iq进行解耦控制，得：
udr=-udr’+△udr+us，uqr=-uqr’-△uqr (3)
式中：us为电网电压；udr，uqr为变流器输出d，q轴电压分量。
设计出网侧PWM变流器控制模型如图5所示。整个系统采用双闭环控制，内环为电流控制环，外环为电压控制环。电压外环中，将直流环节实测电压值与指令值做比较，误差经过PI调节器调节作为d轴电压的指令值。电流内环中，将实测电流的q轴分量与指令值做比较，误差经过PI调节器作为q轴电压的指令值。将d，q轴电压指令值变换到两相静止坐标系下，得到电压SVPWM的调制信号，以此来控制网侧变流器。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/159278.htm

整个算法采用顶层文件设计方式，使用Verilog HDL语言编写。通过A／D控制模块控制ADS8364芯片进行采样，采样得到的电压、电流分别进入Clarke变换模块和三相锁相环模块。DSP通过PI调节器输出的ud，uq，经过Park变换后得到uα，uβ，并送入SVPWM模块，进行扇区判断与矢量作用时间计算。由于调制过程可能出现过调制现象导致输出电压波形出现失真，因此加入采用比例缩小算法的过调制模块，信号经过调制后即可进入比较模块与三角波进行比较输出PWM波形，为防止上、下桥臂出现直通，加入死区控制模块，死区时间由DSP控制；PWM脉冲分配模块设置了死区时间的PWM输出与保护信号进行逻辑计算，保证在出现故障及过流时能及时封锁脉冲，保护逆变器。

6 实验验证
2 MW双馈变流器应用于风力发电系统，交流电网电压等级为690 V，额定中间直流电压为1．1 kV，网侧变流器额定容量670 kVA，转子侧变流器额定容量960 kVA。图7示出直流电压Udr；电网电压、电流ug，ig；定子电流、电压is，us实验波形。

测试了满载时的电流谐波畸变率(THD)，此时发电机转速1755 r·min-1，系统功率达2 150 kW，转矩T=11 698 N·m，三相电流中最大的THD=2．94％，小于国标的5％。
图7a为定子并网后的波形，可见，并网后定子电流正弦度很高，说明该系统具有良好的并网特性，且并网对电网冲击小；由图7b可见，发电机转速为1 200 r·min-1，功率为200 kW，此时发电机处于亚同步运行状态，可见该系统具有良好的稳态特性；图7c显示了变流器在超同步状态下，即1755 r·min-1时网侧输出感性无功功率，无功电流达到580 A，功率因数为0．949。

7 结论
通过自主研发的2 MW双馈式变流器控制系统获得了良好的并网波形以及稳态后的电压和电流波形，证实了网侧和转子侧变流器控制策略的可行性。目前该系统已经完成了整机测试，并在风场进行了试运行，受到一致好评。