基于DSP控制的雙PWM風(fēng)電并網(wǎng)換流器的設(shè)計(jì)

摘要：為了解決風(fēng)力發(fā)電的分散性和波動(dòng)性以及接入電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)造成沖擊等問(wèn)題，提高整個(gè)系統(tǒng)的電壓頻率穩(wěn)定性，文章以DSP作為主控制器，研究設(shè)計(jì)了一種基于雙PWM控制的風(fēng)電并網(wǎng)換流器。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)換流器的主電路，設(shè)計(jì)了整流和逆變部分的雙PWM電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，減少了損耗和沖擊，實(shí)現(xiàn)了電能的雙向傳輸，同時(shí)還能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)功率因數(shù)。最后對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：主控制器；雙PWM控制；并網(wǎng)換流器；拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

0 引言
在能源危機(jī)愈演愈烈的今天，尋找綠色環(huán)保的新能源替代傳統(tǒng)的化石燃料已成為人類共同的期待。風(fēng)能作為綠色能源的的一種，它的開發(fā)和利用能夠解決傳統(tǒng)能源帶來(lái)的諸多問(wèn)題，是理想的替代能源。通過(guò)風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能是一種非常有效的能源利用手段。隨著數(shù)字信號(hào)處理芯片的誕生，很多先進(jìn)的控制算法得以應(yīng)用，大量出現(xiàn)在風(fēng)力并網(wǎng)控制系統(tǒng)中。

1 主電路設(shè)計(jì)
并網(wǎng)控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制核心由DSP芯片完成，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)換流器的工作。過(guò)去一般采用二極管整流器件和晶閘管有源換流器，但由于運(yùn)行中存在響應(yīng)慢、電流諧波和損耗大以及不能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行等缺點(diǎn)。本文對(duì)兩個(gè)變流環(huán)節(jié)均采用基于全控型器件四象限運(yùn)行的PWM換流器，不僅可以減少系統(tǒng)的沖擊和損耗，還可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，使輸出電壓電流波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦。整個(gè)系統(tǒng)由輸入濾波電感、智能功率模塊(IPM)、直流濾波電容三部分組成。雙PWM換流器整體硬件構(gòu)成如圖1所示。

為了便于分析，將整個(gè)系統(tǒng)分成交流電網(wǎng)側(cè)、網(wǎng)側(cè)PWM逆變器、直流側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM換流器和雙饋發(fā)電機(jī)。雙PWM換流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

功能描述：
(1)雙PWM換流器在結(jié)構(gòu)和功能上都相對(duì)獨(dú)立。
(2)雙PWM換流器的兩端均可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，且兩側(cè)均可在整流／逆變狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
(3)雙PWM型換流器具有較強(qiáng)的無(wú)功功率控制能力。
1．1 整流電路選型
由于采用雙PWM調(diào)制，所以在發(fā)電機(jī)側(cè)采用PWM電路(見(jiàn)圖3)。由于此電路本身就具有BOOST升壓功能，故無(wú)需額外的升壓電路，就可以讓發(fā)電機(jī)在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行，而且允許功率雙向流動(dòng)，減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。

1．2 后級(jí)變換電路選型
后級(jí)變換電路采用SPWM電路(如圖4)，在輸入直流電壓的情況下，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓。

由DSP控制器發(fā)出方波控制信號(hào)，使輸出端產(chǎn)生基波為正弦波的方波電壓，再經(jīng)過(guò)濾波裝置即可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓輸出(如圖5)。

網(wǎng)側(cè)換流器的控制目標(biāo)是：1)保持輸出直流電壓穩(wěn)定并且有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。2)確保交流側(cè)輸入電流為正弦且功率因數(shù)為1。故輸入電流的有效控制是網(wǎng)側(cè)換流器控制的關(guān)鍵。從本質(zhì)上講，網(wǎng)側(cè)換流器是一個(gè)涉及交、直流電能形態(tài)轉(zhuǎn)換的能量變換系統(tǒng)。由于無(wú)窮大電網(wǎng)電壓基本恒定，對(duì)輸入電流實(shí)施快速有效的控制也就能有效地控制能量流動(dòng)的速度和大小。