【网侧变流器的控制策略及仿真分析案例3800字】

网侧变流器的控制策略及仿真分析案例 1 1 1 3 3 4 71网侧变流器的控制策略1.1网侧逆变器系统模型分析双馈式风力发电机组由于其电机转子运行电流的波动幅值只是一般为电机本文利用网侧变流器的自主集成电路设计框架图模型建立了一个新的数学通过一个比例化的积分负序谐振分量控制器使它可以对每个负序谐振分量的高NN图1.1网侧变流器数学模型由KVL、KCL定理求出网侧变流器电压电流关系：(式1.1)式中：uck为滤波电容电压；ek为电网电动势；i1k为桥臂侧电流；i2k为电网侧电流；L₁为桥臂侧电感；L₂为网侧电感；C₁为滤波器电容。根据高压逆变器的输入电压和输出功率两个元件的相互关系，得到了三相静止运动坐标系以及供电网侧高压变流器在正常工作时的数学运动模型：式中：C为直流侧电容；Vac为直流侧电压；sk为三相PWM变换器中各相桥臂的开关函数。开关函数为：(式1.3)经恒幅值坐标变换得到网侧变流器在αβ坐标系下的关系如下式1.4所示：式中：并网输出电流。网侧变流器的有功功率，无功功率表达式如下式1.5所示：以d轴向量作为电网系统中的一个电压向量在两相静止运动坐标系的基准轴时，有功损失功率和无功功率的常用表达式分别表示为(式1.6)根据所需的要求建立的数学关系，通过对各静止坐标系系统中的额定电压和电流测量进行自动控制，就能够很好地帮助实现精确的驱动功率测量计算。1.2控制算法的实现谐振函数控制器就是在PI谐振控制器基础上添加新的谐振积分控制器，以提控制器在指定的谐振振动频率和位点上的增益。传递函数值表达式为：(式1.7)式中：kigp,kigi,kigr分别为网侧变换器PIR电流控制器的比例、积分和谐振系数；Ωigc₁为谐振电流的衰减系数，工程应用中Ωigc1取值范围在MATLAB中建立了一个对微机控制器功能进行的仿真，结果显示方式如下图1.2所示。随着截止频率的不断持续上升已经可以明显看出，当一个电网的波动频率已经开始发生了巨大波动时，谐振频率调整器也可以给它自身提供一个足够大的波动幅值增益。本文选择Ωigc1为10rad/s。0频率/(Hz)图5-2PIR控制器伯德图网侧变流器矢量电压表达式为式1.8所示：将上式变换得到网侧电压参考值的表达式如下式1.9所示：其中Ucap表达式如下式1.10所示：)(式1.10)GPIR(s)为PIR控制器的传递函数。滑模控制技术基本理念是对系统所期望的特性来设计等效控制，使系统的状态由超平面之外向滑动表面进行转移，以便系统平稳到达滑动表面。系统的微分方程和切换函数为下式1.11:(式1.11)u=[u₁,U₂,u……um]T为m维不连续控制向量，其中u为各控制增量；控制系统先定义一个控制函数，根据判断滑动变模面函数的运动方向来控制工作状态变量的运动方向和正负，使系统自动运行至一个滑模面，并沿着方向滑模面到达平衡零点。当滑动面函数s(x)=0时，系统就会到达一个滑动面。为了研究滑动平面的稳定性，需要在其中引入李亚普诺夫函数进行判断。若李亚普诺夫函数的表达式可以用下列形式描述：且上式应恒满,则说明在理想条件下，当系统的状态进入滑动面后，系统将满足下式：一旦操作系统从这种滑动的模面中完全脱离，系统的工作状态就可能会马上沿着与这种滑动的模面的方向相切相反方向进行移动并重新返回至这种滑动的模面，使得整个操作系统在这种滑动的模面上进行函数切换时会高频抖动，主要原因是由于函数切换的符号函数一般是系统作为符号化的函数，在这个函数切换的进行过程中会存在较大的符号跳动，因此在在切换符号函数时一般可以综合考虑。输入电压不平衡和电网发生畸变的情况下，网侧变流器的有功和无功功率与基波正序和正弦电流之间的关系如式1.14:(式1.14)式中：Pg和Qg分别为网侧变流器输出平均有功功率和平均无功功率给定。若一个谐振控制器系统可以准确地对一个给定频率值内的信号输出进行谐振追踪，则整个网侧变流器的谐振输出正序电流分量是计算网侧驱动电流的一个重要参考值，即它消除了整个网侧变流器的负序电流分量和谐波分量。若要求能够对功率值进行准确的控制，则需要在一个过程中控制所有有功功率的实时值和给定数据之间的误差。将滑模改变结构和直接功率控制技术相结合，能够有效地消除系统中的负序分量及谐波损失。定义滑模变结构的滑模面函数如下式1.15所示：S₁、S₂为有功、无功功率的滑模面函数；当一个跟随系统处于稳定时，其中的滑动和模面积波函数的实时变化值和频率几乎为零，实时变化值与系统追踪时得到的跟随系统指令数的值发生变化，从而彻底地完全消除了正和负序列的分量对于整个系统的巨大影响。设计框图如图1.3。该思路主要是：首先计算两相交流电流的值，并将其变换到两相静止坐标系中，计算得出网侧电流的参考值。将PIR控制仪通过网络检测电流来进行减速和消抖。然后计算网侧变流器的有功、无功三种频率的指令值及瞬时数。经过滑模可变结构的控制策略，对网侧变流器的输入功率进行了直接的功率控制，最后确定了输出SVPWM所需要的参考电压。U电压检测1为了证明上述的叙述过程是否正确，在Matlab/Simulink上搭建网侧变流器所示。o如图6.2,单纯PIR控制策略在系统启动时，系统响应速度慢，稳定后两电压谐波畸变率(THD)为3.4%和2