網(wǎng)側(cè)變流器電壓定向矢量控制分析與實驗

摘要：建立了并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型，分析了電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略的原理與實現(xiàn)。通過Matlab搭建了網(wǎng)側(cè)變流器閉環(huán)控制模型，采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)行了實驗驗證，結(jié)果證明了電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：變流器；并網(wǎng)系統(tǒng)；電壓定向

1 引言
隨著風(fēng)能、太陽能等新能源的不斷開發(fā)和利用，發(fā)電系統(tǒng)形式日趨多元化。為使并網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定、效率高、動態(tài)響應(yīng)能力快的目標(biāo)，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)已成為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。由于電網(wǎng)電壓不可改變，采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制，通過控制變流器交流側(cè)電壓來分別控制網(wǎng)側(cè)輸入電流有功分量和無功分量，以實現(xiàn)直流環(huán)節(jié)電壓控制和交流側(cè)單位功率因數(shù)控制，是一種間接的電流控制方法。

2 網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型
并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電壓來自電網(wǎng)，通過SVPWM技術(shù)調(diào)制三相橋臂開關(guān)，實現(xiàn)變流器輸出穩(wěn)定的直流電壓。在電感的濾波作用下可忽略電壓和電流的高次諧波，僅考慮基波部分，等效電路及向量圖如圖1所示。

假定電網(wǎng)電壓平衡，由此可得數(shù)學(xué)模型為：

經(jīng)坐標(biāo)變換可得兩相同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下輸入電流滿足關(guān)系：

采用電網(wǎng)電壓定向如圖2所示，將d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量us方向上，則電壓q軸分量為零。

定向后再由式(2)，(3)，(4)得：

其中當(dāng)P>0，變流器工作于整流狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收能量；反之，工作于逆變狀態(tài)，能量返回電網(wǎng)。當(dāng)Q>0，變流器吸取感性無功電流，相對于電網(wǎng)呈感性；反之，吸收容性無功電流，相對電網(wǎng)呈容性。有功和無功功率的控制可轉(zhuǎn)換為對d，q軸電流分量的分別控制。