风能逆变器电流瞬时值反馈控制系统_电源技术

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风力发电是可再生能源的一项重要技术，由于风能的不稳定性和随机性，风力发电所产生的电能必须要经过电力对其电压频率功率因数等参数进行调整后方能并入交流电网供电。近年来基于交-直-交变流器的变速风力发电系统由于其自身的优势，得到大力发展。本文探讨了风能供电的特点，提出一种结构简单的风能逆变系统的控制方案。

2 交-直-交变速风力发电系统简介
交-直-交变速风力发电系统如图1所示，图中整流器和逆变器分别采用二极管整流器及基于全控型器件的PWM逆变器。为了解决在低风速时整流以后的电压幅值过低、频率变化太快、直流纹波较大、电压尖刺等问题，在整流器与逆变器之间加入了直流环节部分，该环节具有升压和稳压功能。逆变器将直流转换成适合并网条件的交流后再通过变压器或直接并入电网。

这种交-直-交系统最显著的特点是在风力发电机和电网之间连接了缓冲电路，在并网时无电流冲击，逆变器不仅可以调节电压、频率，而且可以调节输出功率，是一种稳定的并网方式。

3 PWM逆变器的控制方案
PWM逆变器的拓扑结构如图2a所示。逆变器输入与直流稳压的输出端相连，其输入端的电压为直流稳压后的电压值u_dc，输出端通过滤波电感上后并入电网，对于风力发电并网逆变器系统，输出相电压、相电流与电网电动势满足图2b所示矢量关系。

对于无穷大公共电网，该并网逆变器作为电流源向电网输送电能。因此通过对逆变器输出电流的控制即可达到控制输出功率的目的。由图2b可知，为了不对公用电网产生谐波污染，必须使逆变器各相输出电流与电网电压反相，以实现逆变器的单位功率因数输出。为了实现这一目的，设计了如图3所示的控制系统。

4 控制器及其参数设计
因为PWM开关频率远大于公用电网的工频频率，根据图3所示的控制系统图，可以得到如图4所示a相电流闭环传递结构图。

5 并网逆变器的试验

图6a为蓄电池电压与a相电流波形图，图6b为a相电压与电流波形图。图6c为输出电流的频谱图。实验结果表明，在蓄电池电压稳定的条件下，逆变器输出电流是稳定的正弦波，且与电网电压相位相反，因而实现了单位功率因数传送电能。逆变器输出电流频率基本是50Hz。谐波含量达到了并网要求。

6 结束语
本文提出的逆变器控制系统直接以电网电压作为逆变器输出电流的参考信号，采用电流瞬时值反馈控制，其控制系统不仅结构简单，而且能够实现单位功率因数输出，减少输出电流对电网造成的谐波污染。该并网控制系统的研究设计为风力发电并网技术的发展提供了条件。

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