网侧变流器电压定向矢量控制分析与实验

摘要：建立了并网发电系统网侧变流器数学模型，分析了电网电压定向矢量控制策略的原理与实现。通过Matlab搭建了网侧变流器闭环控制模型，采用电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)进行仿真分析，并进行了实验验证，结果证明了电网电压定向矢量控制策略在并网发电系统应用的正确性和有效性。
关键词：变流器；并网系统；电压定向

1 引言
随着风能、太阳能等新能源的不断开发和利用，发电系统形式日趋多元化。为使并网系统达到稳定、效率高、动态响应能力快的目标，并网发电系统网侧变流器结构及其控制技术已成为并网发电系统的关键技术。由于电网电压不可改变，采用电网电压定向矢量控制，通过控制变流器交流侧电压来分别控制网侧输入电流有功分量和无功分量，以实现直流环节电压控制和交流侧单位功率因数控制，是一种间接的电流控制方法。

2 网侧变流器数学模型
并网发电系统网侧变流器交流侧电压来自电网，通过SVPWM技术调制三相桥臂开关，实现变流器输出稳定的直流电压。在电感的滤波作用下可忽略电压和电流的高次谐波，仅考虑基波部分，等效电路及向量图如图1所示。

假定电网电压平衡，由此可得数学模型为：

经坐标变换可得两相同步旋转d，q坐标系下输入电流满足关系：

采用电网电压定向如图2所示，将d轴定向于电网电压矢量us方向上，则电压q轴分量为零。

定向后再由式(2)，(3)，(4)得：

其中当P>0，变流器工作于整流状态，从电网吸收能量；反之，工作于逆变状态，能量返回电网。当Q>0，变流器吸取感性无功电流，相对于电网呈感性；反之，吸收容性无功电流，相对电网呈容性。有功和无功功率的控制可转换为对d，q轴电流分量的分别控制。