基于DSP與FPGA的雙饋式風(fēng)電變流器控制系統(tǒng)
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4．2 網(wǎng)側(cè)變流器控制
網(wǎng)側(cè)變流器控制目標(biāo)是：保持輸出直流電壓恒定且有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；確保交流側(cè)輸入電流正弦，功率因數(shù)為1。
在網(wǎng)側(cè)變流器控制中，由于電網(wǎng)電壓保持不變，所以這里采用基于電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)。將三相靜止坐標(biāo)下的變流器模型轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，并將交流側(cè)三相電流變換到d，q坐標(biāo)系下的電流分量id，iq進(jìn)行解耦控制，得：
udr=-udr’+△udr+us，uqr=-uqr’-△uqr (3)
式中：us為電網(wǎng)電壓；udr，uqr為變流器輸出d，q軸電壓分量。
設(shè)計(jì)出網(wǎng)側(cè)PWM變流器控制模型如圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)，外環(huán)為電壓控制環(huán)。電壓外環(huán)中，將直流環(huán)節(jié)實(shí)測(cè)電壓值與指令值做比較，誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作為d軸電壓的指令值。電流內(nèi)環(huán)中，將實(shí)測(cè)電流的q軸分量與指令值做比較，誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器作為q軸電壓的指令值。將d，q軸電壓指令值變換到兩相靜止坐標(biāo)系下，得到電壓SVPWM的調(diào)制信號(hào)，以此來(lái)控制網(wǎng)側(cè)變流器。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159278.htm
整個(gè)算法采用頂層文件設(shè)計(jì)方式，使用Verilog HDL語(yǔ)言編寫。通過(guò)A／D控制模塊控制ADS8364芯片進(jìn)行采樣，采樣得到的電壓、電流分別進(jìn)入Clarke變換模塊和三相鎖相環(huán)模塊。DSP通過(guò)PI調(diào)節(jié)器輸出的ud，uq，經(jīng)過(guò)Park變換后得到uα，uβ，并送入SVPWM模塊，進(jìn)行扇區(qū)判斷與矢量作用時(shí)間計(jì)算。由于調(diào)制過(guò)程可能出現(xiàn)過(guò)調(diào)制現(xiàn)象導(dǎo)致輸出電壓波形出現(xiàn)失真，因此加入采用比例縮小算法的過(guò)調(diào)制模塊，信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后即可進(jìn)入比較模塊與三角波進(jìn)行比較輸出PWM波形，為防止上、下橋臂出現(xiàn)直通，加入死區(qū)控制模塊，死區(qū)時(shí)間由DSP控制；PWM脈沖分配模塊設(shè)置了死區(qū)時(shí)間的PWM輸出與保護(hù)信號(hào)進(jìn)行邏輯計(jì)算，保證在出現(xiàn)故障及過(guò)流時(shí)能及時(shí)封鎖脈沖，保護(hù)逆變器。
6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
2 MW雙饋變流器應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，交流電網(wǎng)電壓等級(jí)為690 V，額定中間直流電壓為1．1 kV，網(wǎng)側(cè)變流器額定容量670 kVA，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器額定容量960 kVA。圖7示出直流電壓Udr；電網(wǎng)電壓、電流ug，ig；定子電流、電壓is，us實(shí)驗(yàn)波形。
測(cè)試了滿載時(shí)的電流諧波畸變率(THD)，此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速1755 r·min-1，系統(tǒng)功率達(dá)2 150 kW，轉(zhuǎn)矩T=11 698 N·m，三相電流中最大的THD=2．94％，小于國(guó)標(biāo)的5％。
圖7a為定子并網(wǎng)后的波形，可見，并網(wǎng)后定子電流正弦度很高，說(shuō)明該系統(tǒng)具有良好的并網(wǎng)特性，且并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)沖擊小；由圖7b可見，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r·min-1，功率為200 kW，此時(shí)發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，可見該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)特性；圖7c顯示了變流器在超同步狀態(tài)下，即1755 r·min-1時(shí)網(wǎng)側(cè)輸出感性無(wú)功功率，無(wú)功電流達(dá)到580 A，功率因數(shù)為0．949。
7 結(jié)論
通過(guò)自主研發(fā)的2 MW雙饋式變流器控制系統(tǒng)獲得了良好的并網(wǎng)波形以及穩(wěn)態(tài)后的電壓和電流波形，證實(shí)了網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略的可行性。目前該系統(tǒng)已經(jīng)完成了整機(jī)測(cè)試，并在風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了試運(yùn)行，受到一致好評(píng)。
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評(píng)論