风力发电并网逆变器应用有无功功率解耦控制的矢量控制策略(3)

　　本文提出的矢量控制系统方案如图2所示。该控制系统主要通过有功电流iq和无功电流id的解耦来实现有功功率和无功功率的解耦的。

　　图2矢量控制框图

　　如图2所示，两个解耦的id、iq直流分量构成两个双环控制模型，分别都是电流外环电压内环的结构。电流信号id、iq与给定参考电流信号i*d、i*q的误差信号通过两个PI调节器形成并网电感电压微小波动的补偿信号。而后两个解耦的电网电压检测信号νgd、νgq在叠加了并网电感电压微小波动的补偿信号和并网电感电压信号一起经过比例环节后生成逆变器的输出电压的参考信号i*d、i*q。经过旋转d-q坐标系到静止三相A-B-C坐标系的变换后，参考信号νd、νq形成逆变器的调制信号ν*a、ν*b、ν*c。PWM信号的生成环节可以采用基于电压空间矢量(SVM)的调制策略，也可以采用基于三次谐波注入法的正弦波脉宽调制(SPWM)，因为这两种调制方式的优点都是[15]:①有着确定的开光频率;②很低的电压电流谐波畸变率THD;③很高的直流电压利用率等。本文采用的是基于三次谐波注入法的正弦波脉宽调制方案。

　　必须指出的是PWM生成环节通过检测直流侧母线电压Vdc，然后对调制波信号进行实时调节来补偿母线电压Vdc的波动对逆变器输出电压的影响。给定的电流参考信号i*d、i*q由上位机来提供，主要用来实现有无功功率的独立控制，或者为了满足变速恒频风电系统最大功率点跟踪MPPT的要求。

　　4风力发电系统的仿真研究

　　为了验证本文所提出的矢量控制系统的性能，采用电力电子专用仿真软件包PSIM6.0对风力发电并网系统进行了计算机仿真。以图2的模型为基础搭建对应仿真电路。

　　根据本课题组所研究的国家“十一五”科技支撑计划“大功率风电机组研制与示范”项目的要求，设定如下的仿真参数:

　　在0.4s时，给定并网电流从i*q=590A阶跃到i*q=1180A;然后在0.8s时，并网电流从i*q=1180A阶跃回i*q=590A，通过这种阶跃响应来验证系统的动态性能。相应的仿真波形如图3到图9。图3是给定并网电流i*q=1180A时的电网电压和三相并网电流波形;图4是对应的并网电流谐波畸变率THD;图5是整个风力发电并网系统的功率因数波形;图6是并网系统的电流阶跃响应;图7是给定电流从590A阶跃到1180A时并网电流的动态响应，而图8是给定电流从1180A阶跃到590A时的并网电流动态响应。图9是在阶跃的过程中逆变器输出功率的变化。