直驱式风力发电系统.docx
第一章双。WM型变流电路简介
本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.
直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。
风轮电机
图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图
双脉宽调制(pulse-widthmodulation,PWM)变流器是由2个电压源
型变流器(voltagesourceconverter,VSC)背靠背连接构成，2VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域
中获得了广泛的应用。
该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。
凤轮
图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构
第二章双PWM 变流器动态数学模型
三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式，图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：
1?电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（勇）。
2主电路开关元器件为理想开关，无损耗。
3三相参数是对称的。
4网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。
以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，UM1=Udc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-Udc/2，同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。
图中1｝如是逆变器输入的直流电压，Ug,b,c）、i（a,b,c）分别为逆变器输出的电压和电流，e（a,b,cj是电网的正弦波电压。通过对VI至V6六个MOS管进行合适的PWM控制，就可以实现逆变器输出电流与电网电压相位相同这一目标。
在上述假设条件下，根据三相有源逆变器的拓扑结构和三相电压源型PWM并网变流器的开关工作原理，利用基尔霍夫电压、电流定律，建立得到三相有源逆变器的一般数学描述。
根据三相桥式电压型逆变器特性分析需要，三相桥式电压型逆变器可采用开关函数或占空比描述两种形式建立其一般数学模型，本文逆变器控制系统的仿真采用开关函数描述的数学模型，因为采用开关函数描述的数学模型是对三相桥式电压型逆变器开关过程的精确描述，较适合于逆变器的波形仿真。
2.1三相静止坐标系（a,b,c）下的数学模型
为了使得采用开关函数描述的电压型逆变器数学模型易于理解，首先作如下定义：
单极性二值逻辑开关函数Sx
cfl上桥臂导通，下桥曹关断“k、
*■（0上桥臂关断，下桥臂导通（’，）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
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」
Ud533
53
2U/3
0
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2
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」J
?Ud/3
UdQ
0
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财3
0
33
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2UM3
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S/3
%/3
0
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1
0
1
如3
2%/3
Udc/3
U/3
?Ude/3
0
1
1
0
%3
%3
-2%3
0
如3
1
1
1
0
0
0
0
0
0
相电压（如如如）
线电压血％如
表2-1各开关函数对应关系表
表2-1列举了各开关函数对应关系表，逆变器的开关信号（Sa，Sb，Sc）可以产生8种状态。
开关状态（S/S氛SJ
由表2-1可以得到用开关信号（Sa，Sb,S』表示的逆变器交流侧相电压和线电压，它们分别是：
u
b
A
2
-1
-1
2
TlIX]
-1Sb
If
3
-1
■
-1
-1
2」IA」
0_
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0
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1
0
-1 ￡
1s.
采用基尔霍夫电压定律可以建立三相逆变器各相回路电压方程为：
ua=%+Riu+L,
dt ea=Eicosa其中《勺
T(b二勺+Rib+% =EmCOS(fiX-2A/3)
_dt
L e^=Emcos(a+2jf/3)
*e+R—+Ldt
式中Em——电网相电压的幅值；
U)____电网基波角频率。
对式(2-4)进行化简，整理得到逆变器三相坐标系交流侧数学模型的状态方程为