摘要：為了解決風(fēng)力發(fā)電的分散性和波動性以及接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)造成沖擊等問題，提高整個系統(tǒng)的電壓頻率穩(wěn)定性，文章以DSP作為主控制器，研究設(shè)計了一種基于雙PWM控制的風(fēng)電并網(wǎng)換流器。針對風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)換流器的主電路，設(shè)計了整流和逆變部分的雙PWM電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，減少了損耗和沖擊，實現(xiàn)了電能的雙向傳輸，同時還能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)功率因數(shù)。最后對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗證。
關(guān)鍵詞：主控制器；雙PWM控制；并網(wǎng)換流器；拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

0 引言
在能源危機(jī)愈演愈烈的今天，尋找綠色環(huán)保的新能源替代傳統(tǒng)的化石燃料已成為人類共同的期待。風(fēng)能作為綠色能源的的一種，它的開發(fā)和利用能夠解決傳統(tǒng)能源帶來的諸多問題，是理想的替代能源。通過風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能是一種非常有效的能源利用手段。隨著數(shù)字信號處理芯片的誕生，很多先進(jìn)的控制算法得以應(yīng)用，大量出現(xiàn)在風(fēng)力并網(wǎng)控制系統(tǒng)中。

1 主電路設(shè)計
并網(wǎng)控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制核心由DSP芯片完成，通過驅(qū)動電路控制兩個換流器的工作。過去一般采用二極管整流器件和晶閘管有源換流器，但由于運(yùn)行中存在響應(yīng)慢、電流諧波和損耗大以及不能實現(xiàn)四象限運(yùn)行等缺點(diǎn)。本文對兩個變流環(huán)節(jié)均采用基于全控型器件四象限運(yùn)行的PWM換流器，不僅可以減少系統(tǒng)的沖擊和損耗，還可以實現(xiàn)電能的雙向傳輸，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，使輸出電壓電流波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦。整個系統(tǒng)由輸入濾波電感、智能功率模塊(IPM)、直流濾波電容三部分組成。雙PWM換流器整體硬件構(gòu)成如圖1所示。

為了便于分析，將整個系統(tǒng)分成交流電網(wǎng)側(cè)、網(wǎng)側(cè)PWM逆變器、直流側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM換流器和雙饋發(fā)電機(jī)。雙PWM換流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

功能描述：
(1)雙PWM換流器在結(jié)構(gòu)和功能上都相對獨(dú)立。
(2)雙PWM換流器的兩端均可實現(xiàn)能量的雙向流動，且兩側(cè)均可在整流／逆變狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
(3)雙PWM型換流器具有較強(qiáng)的無功功率控制能力。
1．1 整流電路選型
由于采用雙PWM調(diào)制，所以在發(fā)電機(jī)側(cè)采用PWM電路(見圖3)。由于此電路本身就具有BOOST升壓功能，故無需額外的升壓電路，就可以讓發(fā)電機(jī)在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行，而且允許功率雙向流動，減少了系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波污染。

1．2 后級變換電路選型
后級變換電路采用SPWM電路(如圖4)，在輸入直流電壓的情況下，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓。

由DSP控制器發(fā)出方波控制信號，使輸出端產(chǎn)生基波為正弦波的方波電壓，再經(jīng)過濾波裝置即可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓輸出(如圖5)。

網(wǎng)側(cè)換流器的控制目標(biāo)是：1)保持輸出直流電壓穩(wěn)定并且有優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)能力。2)確保交流側(cè)輸入電流為正弦且功率因數(shù)為1。故輸入電流的有效控制是網(wǎng)側(cè)換流器控制的關(guān)鍵。從本質(zhì)上講，網(wǎng)側(cè)換流器是一個涉及交、直流電能形態(tài)轉(zhuǎn)換的能量變換系統(tǒng)。由于無窮大電網(wǎng)電壓基本恒定，對輸入電流實施快速有效的控制也就能有效地控制能量流動的速度和大小。