风力发电

192 Jan.2008High　Voltage　EngineeringVol.34No.1　

图1　三电平PWM整流器拓扑

Fig.1　Three2levelPWMrectifiertopology

图2　2　Diode2levelrectifier

简单的二极管箝位三电平PWMPWM,功

k-1,则Sk1=Sk2=0,Sk3=Sk4,k相输出为-Udc/2。

　　为方便推导系统的数学模型,将上述开关函数进一步分解为Skp,Sko,Skn3个单刀开关,使得Skp=1,Sko=Skn=0时,Sk=1;Sko=1,Skp=Skn=0时,Sk=0;Skn=1,Skp=Sko=0时,Sk=-1。于是有:

Skp+Sko+Skn=1

(1),

Skl=1或0

式中,k=a,b,c;l=p,o,n。

图2为二极管中点箝位三电平整流器主电路,设网侧电压Ua,Ub,Uc三相对称,交流侧电感为Ls,直流侧电容为C,负载电流为il。由于每相桥臂功率器件的开关函数Si1和Si3、Si2和Si4(i为a,b,c)分别互补,且已设定上述开关函数,则根据电路理论中KVL和KCL定律,可以得到abc坐标系下三电平主电路的描述方程:

Lsdia/dt=Ua-Rsia-UaN

Lsdib/

dt=Ub-Rsib-UbN,Lsdic/dt=Uc-Rsic-UcN

(2)

率因数不高[5,6],常运行极为不利。因此,本文介绍了采用SVPWM控制策略的三电平PWM整流器,不仅实现了交流侧功率因数可调,减小了波形畸变率,而且也可实现大功率的传输,为直驱型风力发电系统的研究及大规模应用奠定了基础。

1　三电平PWM整流器拓扑及工作模式分析1.1　电路拓扑

二极管中点箝位三电平PWM整流器通过12个功率开关管的27种开关状态组合,每相桥臂输入端产生三电平[729]。图1为本研究的三电平PWM整流器。图中,二极管箝位中性点与输出直流侧的电容中点连在一起使得交流侧的a、b、c三相对n点的电位可出现3个电平Udc/2、0和-Udc/2。1.2　系统建模与分析

假设所有元件均为理想元件。根据12个开关在电路中的位置,可将其分为6组:Sk1与Sk3,Sk2与Sk4(k=a,b,c)。又设每相的开关函数为Sk(k=a,b,c),则有如下关系式成立:

①如果Sk=1,则Sk1=Sk2=1,Sk3=Sk4=0,即上桥臂导通,k相输出为Udc/2;②如果Sk=0,则Sk1=Sk4=1,Sk2=Sk3=0,即箝位开关管导通,k

相

-Rs

式中,UaN,UbN,UcN为整流桥三相交流侧对交流电源中点的电压。对于直流回路有:

(3)LldIl/dt=-RlIl+(Udc1-Udc2)。

　　综合以上各式,省去数学推导可得ABC坐标系下三电平PWM整流器的数学模型为:

ZX=ZX+Be,

T

(4)

式中,Z=diag[LsLsLsCCLl],X=[iaibicUdc1

Udc2Il],B=diag[111000],e=[UaUbUc00

0]T,diag为对角矩阵,

0-Rs

00-RsScpScn

-(Sap-(Sap+Sbp+Scp)/3)-(Sbp-(Sap+Sbp+Scp)/3)-(Scp-(Sap+Sbp+Scp)/3)

-(San-(San+Sbn+Scn)/3)-(Sbn-(San+Sbn+Scn)/3)-(Scn-(San+Sbn+Scn)

/3)

000-1

A=

0SapSan

0SbpSbn

001

00-1

。

1

-R000