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1、小型风力发电系统中正弦波逆变电路的研究第5期(总第156期)2009年10月山西电力SHANXIEI.ECTRICP0RNo.5(Ser.156)Oct.2009小型风力发电系统中正弦波逆变电路的研究徐大鹏(内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010051)摘要:对所采用的电路结构进行了Matlab/Simulink仿真,根据理论计算来设置模型参数,通过初步仿真实现了正弦波逆变器的稳定控制,取得了较好的效果.最后,在理论分析和仿真的基础上,搭建了1台试验样机,实验结果表明设计方案合理,可行,对提高风力发电系统
2、的性能和优化可靠性能具有重要的实际意义.关键词:正弦波逆变技术;控制策略;仿真中图分类号:TM614,TP391.9文献标识码:A文章编号:1671—0320(2009)05—0034—040引言小型风力发电系统的使用日益广泛,逆变技术在风力发电系统中是一个极其关键的技术,承担着将直流电调制成稳压稳频的交流电直接供给负载的任务.本文选择1000W的正弦波逆变器为设计对象,通过理论分析,参数计算和模型仿真来研究正弦波逆变器输出电压的稳定性.1逆变电路的拓扑结构电压源型逆变电路的拓扑结构主要有两类:一类是单向电压
3、源高频环节逆变电路;另一类是双向电压源高频环节逆变电路….双向电压源高频环节逆变电路适用于需要双向功率流的逆变场合.这类逆变器存在采用传统(脉冲宽度调制)PWM(PulsewidthModulation)技术的周波变换器换流时漏感能量引起的电压过冲现象,通常需要采用缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量,从而使变换效率不够理想,增添了电路的复杂性.本文采用单向电压源高频环节逆变器结构,如图1所示.在直流电源和逆变器之间加入一级高频电气隔离直流变换器,使用高频变压器实现电压比调整和电气隔离,省掉了体
4、积庞大且笨重的工频输出变压器,降低了音频噪声,显着提高了逆变器的特性.电路原理图如图2所示.前置IX;C变换级收稿日期:2009—04.20,修回日期:2009.08—25作者简介:徐大鹏(1980一),男,辽宁朝阳人,2007年毕业于内蒙古工业大学电力电子与电力传动专业,硕士.?34?电路采用双管正激变换电路,这种双管单端正激电路比单管正激电路多用了一个开关管,但其主功率管承受的电压降低了一倍,同时变压器少了一个磁通复位绕组.克服了推挽电路必须有良好的对称性的要求.与全桥变换电路相比,全桥变换器功率器件较多
5、,控制及驱动较复杂,并且变压器铁心存在直流偏磁现象,桥臂存在直通现象.图1单向电压源高频环节逆变器结构LI●_～II2JG—=V,—V8D5一D8-_olCl_～22坫JK图2逆变电路的原理图后置DC/AC逆变级电路采用电压型全桥逆变电路,电压型单相全桥逆变电路,其全控型开关器件,V5,V7同时通,断;V6,V8同时通,断;输出电压有效值为0.9VD.V5和V7为一对,V6和V8为另一对.成对的桥臂同时导通,交替各导通180..输出电压,电流的幅值为半桥电路输出幅值的两倍.克服了半桥电路直流侧串联电容的电压均
6、衡问题.2仿真模型的建立2.1控制策略前置DC/DC双管正激调压电路采用PWM控2o09年10月徐大鹏:小型风力发电系统中正弦波逆变电路的研究研究与实践制方式,由输出端的反馈调压电路采样输出电压信号并与给定信号比较,当输出电压降低时,反馈电压下降,控制芯片的输出脉冲占空比增加,从而使调压电路的输出电压升高.反之亦然.后置DC/AC全桥逆变电路采用正弦波脉宽调制SPWM(SinePulseWidthModulation)控制方式,由控制芯片产生SPWM控制信号控制绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedG
7、ateBipolarTran—sistor)的通断,控制过程中保持调制比不变.2.2仿真模型根据以上分析得出仿真电路模型.其中,直流输入电压取48V;单极LC直流输入滤波环节中,为了使输入电流平稳化和谐波降低到允许值,设置输入滤波器.输入滤波器有双重功能,既能用来抑制从直流电源来的瞬变量,又能抑制逆变器或直流变换器对直流电源产生的瞬变量和噪音【2I.谐波次数越高,对应的电源侧谐波次数的分量就越小,并且可以通过如下方法来降低电源侧谐波电流.a)增大脉动直流电流基波的角频率,即逆变器或直流变换器的开关角频率叫.b
8、)增大滤波电感L,滤波电容C,即减小Lr输入滤波器的谐振角频率∞,.c)增大输入电源内阻.d)相同输出功率时,提高逆变器或直流变换器的占空比,减小脉动直流电流的幅值.由公式∞=(2—3)叫,,取直流升压电路的工作频率为10kHz,电感量为5H,电容量为2200F,则∞=2rrA=2×3.14×10rad/s.Ⅲ=1/,/LC=9534.6rad/s.满足条件.直流升压电路的工作频率为10kHz,D为
