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類型分類:
科普知識
數(shù)據(jù)分類:
溫濕度傳感器

直驅(qū)型風電變流器電流環(huán)控制方式的優(yōu)化設計

發(fā)布日期:2022-04-26 點擊率:90

  • 關鍵詞:                                                                風電變流器                                                                電流環(huán)控制

  • 摘要:滯環(huán)控制是一種應用很廣泛的閉環(huán)電流跟著控制方法,通常以響應速度快和結構簡單而著稱。傳統(tǒng)滯環(huán)電流采用模擬器件實現(xiàn)的方式,即采用硬件電路設計滯環(huán)比較器,其滯環(huán)寬度固定,但開關頻率不固定,高低懸殊,有時會出現(xiàn)很窄的脈沖和很大的電流尖峰,且最高頻率難以控制,易超過器件開關頻率的上限。本文通過對滯環(huán)比較器的控制原理和開關頻率的分析,在原有控制的基礎上,結合軟件和硬件資源,設計了一種新型的可變帶寬、固定頻率的滯環(huán)電流控制方式。經(jīng)廠內(nèi)測試以及工程應用,性能均優(yōu)于原有的滯環(huán)控制器。


  第一章技術背景

  滯環(huán)控制以響應速度快和結構簡單而著稱,是一種應用很廣泛的閉環(huán)電流跟蹤控制方法。在各種變流器控制系統(tǒng)中,滯環(huán)控制單元一般同時兼有兩種職能,一是作為閉環(huán)電流調(diào)節(jié)器,二是起著PWM調(diào)節(jié)器的作用,即將電流參考信號轉(zhuǎn)換為相應的開關指令信號,控制功率器件的導通和關閉。

  傳統(tǒng)滯環(huán)電流采用模擬器件實現(xiàn)的方式,即采用硬件電路設計滯環(huán)比較器,其滯環(huán)寬度固定,但開關頻率不固定,高低懸殊,有時會出現(xiàn)很窄的脈沖和很大的電流尖峰,且最高頻率難以控制,易超過器件開關頻率的上限。

  從整體上說,這種滯環(huán)比較器回差值固定,調(diào)節(jié)時需要變動電路中的元件參數(shù),不利于電路的優(yōu)化運行。

  在此基礎上,我司變流器控制系統(tǒng)目前采用雙環(huán)控制,外環(huán)為電壓環(huán),內(nèi)環(huán)為電流環(huán),外環(huán)采用PI控制策略,將電壓環(huán)PI出來的有功電流信號id和無功電流信號iq經(jīng)過反dq變換生成電流給定值,再直接下發(fā)到硬件控制板,通過硬件滯環(huán)比較的方式來實現(xiàn)PWM波的生成。

  第二章電流環(huán)控制優(yōu)化設計

2.1 控制原理分析

一般情況下,滯環(huán)比較器均采用對稱方式。如圖1所示。



  h為對稱滯環(huán)比較器的滯環(huán)寬度絕對值,當error>h時,輸出PWM=1,變換器輸出電壓U0=Ud,負載電流Ig上升;當error<-h時,輸出pwm=0,變換器輸出電壓u0=-ud,負載電流ig下降。依此反復,便實現(xiàn)了對輸出負載電流ig的跟蹤控制,使其跟隨指令電流ir,誤差值|error|=|ir-ig|<=h。由于上下比較閥值相等,因此在每個開關周期內(nèi),平均跟蹤誤差都為零。其中,ud為逆變母線電壓正極對地電壓。

2.2 開關頻率分析

風電變流器簡易工作電路圖如圖2所示。




  在某一個開關周期內(nèi),電流變化狀態(tài)如圖1所示,如果開關周期足夠小,則有下式:



  其中,Tp為電流上升時間,Tn為電流下降時間,Ud為逆變母線電壓正極對地電壓,e為網(wǎng)側(cè)電壓,L為網(wǎng)側(cè)電抗值。

  在滯環(huán)帶寬h固定的時候,開關頻率會隨著電網(wǎng)相電壓U0的變化而變化。U0過零點附近時,開關頻率變高;在幅值附近時,開關頻率變低。例如Ud=530V,電網(wǎng)側(cè)線電壓U0=620V,電感L=250uH,滯環(huán)h=50A,那開關頻率會從10600Hz到930Hz變動。而實際上在電路設計中為了避免帶寬為零時對IGBT器件造成損壞,對滯環(huán)帶寬進行了限值,最小值在A,所以實際運行中開關頻率在變動。

  帶寬頻率不固定,對電力器件的工作頻率提出很高的要求,根據(jù)公式(7)可以推出,如果要固定頻率,則滯環(huán)寬度h要變化,即:

  根據(jù)公式(8),例如直流母線電壓Ud=530V,L=250uH,確定開關頻率為4kHz,網(wǎng)側(cè)電壓幅值為506V(對應620V線電壓),則對A相電壓來說,相應的帶寬

此種方式可以通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)。

2.3 改進技術方案的電路設計

數(shù)字量信號電流給定值、帶寬值經(jīng)DA芯片轉(zhuǎn)換為模擬量信號,與采樣電流信號經(jīng)過比較運算,生成PWM調(diào)制信號;其波形變化圖如圖3所示。



  圖中,反饋電流疊加實時帶寬與給定電流進行比較后,輸出PWM信號。實時帶寬=正帶寬(0)或負帶寬(1),也就是:當PMW信號為0時,實時帶寬=正帶寬;當PWM信號為1時,實時帶寬為負帶寬,如:當帶寬給定為-5A,反饋電流為0A,給定電流為100A時,開始時PWM必為1,此時反饋開關信號控制實時帶寬輸出為負帶寬,反饋電流從0A不斷增大;當反饋電流為105A時,加法器輸出電流為反饋電流加上負帶寬后,其大小為100A,此時達到給定電流100A,比較器輸出切換為0,實時帶寬為正帶寬,反饋電流從105A逐漸減小;當反饋電流為95A時,加法器輸出電流為反饋電流加上正帶寬后,其大小為100A,此時達到給定電流100A,比較器輸出切換為1。這樣一直工作下去,反饋電流就在95A與105A來回變動。通過修改帶寬給定值的大小,就可以實現(xiàn)可調(diào)帶寬功能,此控制器稱為“可調(diào)帶環(huán)寬滯環(huán)控制器”,其工作原理圖如圖4所示。


  第三章結束語

  可調(diào)帶環(huán)寬滯環(huán)控制器電路設計簡單,可以節(jié)約軟件控制的資源,滿足前端Boost電路控制的開關頻率要求;對被控對象及電路參數(shù)變化不敏感,可以抑制系統(tǒng)中的部分干擾;滯環(huán)帶寬可控。經(jīng)廠內(nèi)測試以及工程應用驗證,性能均優(yōu)于原有的滯環(huán)控制器。



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