科技创新与应用 2017年19期 Tecnology Inovation and Application 术创新 基于DSP的水磁风电机组多电平SPWM控制 张志海,卢秀和 (长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012) 摘要:基于永磁风电机鉏容量的增大,功率变换器需要承受更高的电压等级,多电平技术的应用无疑是很好的解决方案,以中点钳位型 三电平逆变器为基础,分析了拓扑的工作原理,建立了不規则采样法的数学模型,阐述了多电平载波调制技术产生S邛M波形的分类,采用 教字法芯片控制产生多路SwM波形,通过 MATLAF和 Simulink仿真实验,验证了IP控制方式的优越性,逆变器能承受更高的电压 等级,输出的正弦波更加标准 关键词:风电机组;逆变器;三电平;DP;控制方法 中图分类号:F4051 文献标志码:A 文章编号:2095-245(2017)190029-02 引言 2载波调制和采样法 随着经济的发展以及人类社会对清洁能源的需求,风力 传统的SM波形由比较器比较正弦波和等腰三角波 发电有了很大的发展,永磁直驱型风力发电系统是风能的一产生,称为硬件法,与之对应的软件法成本更低,实时控制更 个重要实现方式,有着单机容量大,效率高,结构简单的优点,理想。软件法产生SPWM波形需要实时计算的程序支持,因 因为风力发电机只通过功率变换器和电网连接,所以对逆变此,建立精准的数学模型是一个重点 器的承受电压能力要求较高,基于现代可控功率器件的可承2.1载波调制 受电压电流能力和开关频率的限制,单一的器件不能实现水 载波和调制波比较产生SPWM波形,即可控器件的开关 磁直驱型风力发电系统的优点,器件开关频率低会导致谐波信号,多电平需要多个载波,n电平需要(n-1)个载波,根据每 率增大,增大滤波系统的投资,电网中非线性元素影响正常系个载波的相对位置可以分为同相层叠(鬥 hase Disposition 统工作;受限于器件制作技术,器件开关频率高会减少器件本PD);正负反相层叠式(臣 ase Opposition Disposition,OD);交 身的使用寿命,无形地增加了成本,因此,多电平脉冲调制技替反向层叠式( Alternative Phase Opposition Disposition, 术可以完美实现永磁直驱型风力发电系统的优点,解决了功APOD)。同相层叠含有奇数次数的谐波分量,正负反相层叠只 率器件一系列的问题,是风电技术研究的重点和热点。正弦脉能用于电平数为偶数,交替反向层叠式没有载波分量。当载波 宽调制( sinusoidal pulse width adulation SPWM)技术使用成数频率是调制波频率3的整数倍时,产生的SPWM波形是对 熟,原理简单,输出谐波小,有着实际应用价值。基于单片机,称的。 ISP等微处理器的发展,数字实现SwM控制技术相当成熟, 22采样法 便于实时控制和实现。通过 MATLAB和 Simulink仿真实验 载波调制是如何产生SPWM波形,采样法是如何用软件 验证了DSP控制方式的优越性,逆变器能承受更高的电压等法实现SPwM波形的数学模型,自然采样法效果最好,但计算 级,输出的正弦波更加标准。 最为复杂,一般不予采用;规则采样法是自然采样法的简化 1主电路拓扑 大大减少了计算量,但是,采样效果不理想;不规则采样法计 随着风电单机容量的增大,多电平技术日益发展,趋于成算量不大,采样效果优于规则采样法,广泛应用于工程实际 熟,按照拓扑结构,多电平变流器大致有二极管钳位型,飞跨中。图2中正弦波信号为 Usino,ω是正弦波角频率,三角波 电容型级联H桥型和一些派生类型。随着电平数的增大,拓峰值为U,三角波周期为T,t、t是采样时刻,ta、tn、tate 扑结构会变得复杂,不利于系统的运行,实际应用以三电平和是SPwM波控制功率开关器件的通断时间;M是正弦波峰值 五电平居多,中点钳位三电平拓扑电路技术成熟,应用最广,与三角波峰值的比值,即M=U/Us 电路如图1。多电平技术在同一频率下,谐波小的多,承受电 压只有原来的一半左右。 Uasin or U. sin or 图2不规则采样法 图1永磁直驱型风电系统 利用三角形相似定理 作煮筒介表湖2-),男,山东德州人,颂士研究生,从事数字传动拉制技术研究;声秀和(1×2-,男,吉林长春人,博士,救校,从事数学传动控制