網側變流器電壓定向矢量控制分析與實驗

摘要：建立了并網發電系統網側變流器數學模型，分析了電網電壓定向矢量控制策略的原理與實現。通過Matlab搭建了網側變流器閉環控制模型，采用電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)進行仿真分析，并進行了實驗驗證，結果證明了電網電壓定向矢量控制策略在并網發電系統應用的正確性和有效性。
關鍵詞：變流器；并網系統；電壓定向

1 引言
隨著風能、太陽能等新能源的不斷開發和利用，發電系統形式日趨多元化。為使并網系統達到穩定、效率高、動態響應能力快的目標，并網發電系統網側變流器結構及其控制技術已成為并網發電系統的關鍵技術。由于電網電壓不可改變，采用電網電壓定向矢量控制，通過控制變流器交流側電壓來分別控制網側輸入電流有功分量和無功分量，以實現直流環節電壓控制和交流側單位功率因數控制，是一種間接的電流控制方法。

2 網側變流器數學模型
并網發電系統網側變流器交流側電壓來自電網，通過SVPWM技術調制三相橋臂開關，實現變流器輸出穩定的直流電壓。在電感的濾波作用下可忽略電壓和電流的高次諧波，僅考慮基波部分，等效電路及向量圖如圖1所示。

假定電網電壓平衡，由此可得數學模型為：

經坐標變換可得兩相同步旋轉d，q坐標系下輸入電流滿足關系：

采用電網電壓定向如圖2所示，將d軸定向于電網電壓矢量us方向上，則電壓q軸分量為零。

定向后再由式(2)，(3)，(4)得：

其中當P>0，變流器工作于整流狀態，從電網吸收能量；反之，工作于逆變狀態，能量返回電網。當Q>0，變流器吸取感性無功電流，相對于電網呈感性；反之，吸收容性無功電流，相對電網呈容性。有功和無功功率的控制可轉換為對d，q軸電流分量的分別控制。