离网型风力发电系统三相四桥臂逆变器控制策略研究

针对离网型小型风力发电系统中负载具有随机性和不平衡性的特点,本文将三相四桥臂逆变器应用于该系统。三相四桥臂逆变器是为解决带三相不平衡负载而提出来的一种新型拓扑结构。这种拓扑结构最大的优点是为不平衡负载提供三相对称电压,而且和其他三相四线制逆变器相比,系统的体积和重量比较小。 本文建立了三相四桥臂逆变器在三相静止abc坐标系和双同步旋转坐标系下的数学模型。由于在三相静止abc坐标系中,采用PI调节器无法对交流量实现无静差控制,本文采用了三种基于同步旋转坐标变换的控制策略。第一种控制策略是基于传统正序同步旋转坐标系的电压、电流双环结构,这种控制策略实现起来最简单,但是由于在正序同步旋转坐标系下负序分量表现为2次谐波,很难对其实现无静差控制,导致了该种控制策略的精度不高。为了实现对正序、负序和零序分量的独立控制,本文还采用了两种基于双同步旋转坐标变换的控制策略。这两种控制策略均能实现对三组分量的独立控制,其中第二种控制策略不需要将正序、负序分量分离开,实现起来比较容易。但是由于零序分量是交流量,因此这种控制策略对零序分量仍然比较难实现无静差控制。而第三种控制策略采用对称分量分解法将三组分量均变换为双同步旋转坐标系下的直流量,从而采用PI调节器可以实现对各组分量的无静差控制,控制精度最高。 在理论分析的基础上,运用MATLAB仿真软件对系统进行了开环和闭环系统仿真。仿真结果与理论分析一致,闭环系统仿真验证了上述控制策略的正确性和可行性。最后,采用TI公司的TMS320LF2406 DSP芯片作为控制芯片,对三相四桥臂逆变器系统进行了系统实验。实验结果证明了上述方案对不平衡负载有较强的抑制作用,能够为负载提供优质电能。