基于DSP與FPGA的雙饋式風電變流器控制系統
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4．2 網側變流器控制
網側變流器控制目標是：保持輸出直流電壓恒定且有良好的動態響應能力；確保交流側輸入電流正弦，功率因數為1。
在網側變流器控制中，由于電網電壓保持不變，所以這里采用基于電網電壓定向矢量控制技術。將三相靜止坐標下的變流器模型轉換到兩相旋轉坐標系下，并將交流側三相電流變換到d，q坐標系下的電流分量id，iq進行解耦控制，得：
udr=-udr’+△udr+us，uqr=-uqr’-△uqr (3)
式中：us為電網電壓；udr，uqr為變流器輸出d，q軸電壓分量。
設計出網側PWM變流器控制模型如圖5所示。整個系統采用雙閉環控制，內環為電流控制環，外環為電壓控制環。電壓外環中，將直流環節實測電壓值與指令值做比較，誤差經過PI調節器調節作為d軸電壓的指令值。電流內環中，將實測電流的q軸分量與指令值做比較，誤差經過PI調節器作為q軸電壓的指令值。將d，q軸電壓指令值變換到兩相靜止坐標系下，得到電壓SVPWM的調制信號，以此來控制網側變流器。本文引用地址：http://www.104case.com/article/159278.htm
整個算法采用頂層文件設計方式，使用Verilog HDL語言編寫。通過A／D控制模塊控制ADS8364芯片進行采樣，采樣得到的電壓、電流分別進入Clarke變換模塊和三相鎖相環模塊。DSP通過PI調節器輸出的ud，uq，經過Park變換后得到uα，uβ，并送入SVPWM模塊，進行扇區判斷與矢量作用時間計算。由于調制過程可能出現過調制現象導致輸出電壓波形出現失真，因此加入采用比例縮小算法的過調制模塊，信號經過調制后即可進入比較模塊與三角波進行比較輸出PWM波形，為防止上、下橋臂出現直通，加入死區控制模塊，死區時間由DSP控制；PWM脈沖分配模塊設置了死區時間的PWM輸出與保護信號進行邏輯計算，保證在出現故障及過流時能及時封鎖脈沖，保護逆變器。
6 實驗驗證
2 MW雙饋變流器應用于風力發電系統，交流電網電壓等級為690 V，額定中間直流電壓為1．1 kV，網側變流器額定容量670 kVA，轉子側變流器額定容量960 kVA。圖7示出直流電壓Udr；電網電壓、電流ug，ig；定子電流、電壓is，us實驗波形。
測試了滿載時的電流諧波畸變率(THD)，此時發電機轉速1755 r·min-1，系統功率達2 150 kW，轉矩T=11 698 N·m，三相電流中最大的THD=2．94％，小于國標的5％。
圖7a為定子并網后的波形，可見，并網后定子電流正弦度很高，說明該系統具有良好的并網特性，且并網對電網沖擊小；由圖7b可見，發電機轉速為1 200 r·min-1，功率為200 kW，此時發電機處于亞同步運行狀態，可見該系統具有良好的穩態特性；圖7c顯示了變流器在超同步狀態下，即1755 r·min-1時網側輸出感性無功功率，無功電流達到580 A，功率因數為0．949。
7 結論
通過自主研發的2 MW雙饋式變流器控制系統獲得了良好的并網波形以及穩態后的電壓和電流波形，證實了網側和轉子側變流器控制策略的可行性。目前該系統已經完成了整機測試，并在風場進行了試運行，受到一致好評。
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