直驱式风力发电系统中的并网逆变器

详细推导了并网逆变器的数学模型，为减小并网逆变器输出电流中的谐波，采用了空间矢量脉宽调制技术。根据并网逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型，采用电网电压矢量定向的矢量控制和d、q轴电流闭环控制，实现了d、q轴电流的解耦控制：d轴电流控制有功功率，q轴电流控制无功功率。仿真和实验结果验证了该方案的可行性和正确性。
关键字：空间矢量脉宽调制 [5篇] 电网电压矢量定向 [2篇] 电流闭环 [2篇] 解耦控制 [3篇]
　　随着自然环境的恶化和日常能源的日益枯竭，风力发电在未来的能源结构中占有越来越重要的地位，风力发电技术成为各国研究的热点[1-5]。风力机与发电机间的转速匹配是一个关键问题，低速运转的风力机与发电机一般需要通过升速齿轮箱连接。大容量齿轮箱价格昂贵、故障率高、维护困难，因此，齿轮箱已成为风力发电系统进一步发展的瓶颈[6-8]。开发直驱式风力发电系统是提高系统效率和可靠性的有效途径。
　　在变速恒频的风力发电系统中，并网逆变器是电机连接电网的核心部分。并网逆变器采用脉宽调制(pulse width modualtin，PWM)控制技术，具有输出电流为正弦而且谐波含量少、功率因数可调以及在输出电网电压固定下直流母线电压可调节等优点[9-10]，在新能源并网发电中扮演着重要角色，其控制策略已被研究。文献[11]详细分析逆变器的稳态直流模型、低频小信号模型和高频小信号模型，这些模型由于其复杂，很难应用于控制。文献[12]采用瞬时有功和无功的闭环控制，但由于没有电流闭环和PWM调制模块，而是根据有功和无功给定与反馈的误差选择开关表，该方法存开关频率的不确定性，因而其滤波电路很难设计难度大，同时需要高速的模/数转换器。文献[13-15]采用幅相控制，但控制算法较复杂。
　　本文将详细推导风力发电系统中并网逆变器的数学模型，用空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)方式和电网电压矢量定向的控制策略，采用d、q轴电流闭环，实现有功功率和无功功率的解耦控制。

本文关键字：逆变器  风力发电  电子技术，电工技术 - 电子技术