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永磁直驱风电机组的升压型变流器模型

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：为了防止在低转速下颗粒出现堵塞情况，设有低转速连锁装置，干燥机的转速一旦低于设定转速时，自动连锁停车。另外，在干燥机内部通入清洁空气，从上到下流动，空气流经颗粒表面，对其进一步干燥，流动的空气对粒料出口处的颗粒具有一定的阻碍作用，延长了颗粒在干燥器内的停留时间。图6-122 干燥机的结构原理示意图图6-124为某装置干燥机的实物图片。由于颗粒干燥机的结构比较简单，列为本章的一节进行说明，下面介绍干燥机的检修规程。

永磁直驱风电机组的升压型变流器由不可控整流器、Boost升压电路和一个基于IGBT的AC/DC电压源变流器（VSC）组成，升压型变流器的等效电路如图2.10所示。

在永磁直驱风电机组整流过程中，通过控制Boost电路的占空比来控制同步发电机输出的有功功率。在逆变环节，网侧变流器主要控制直流环节的电压稳定和向系统输出的无功功率。

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图2.10　变流器等效电路示意图

1.直流侧电容器状态方程

电容器两端功率平衡方程为

式中，Ps为经Boost电路升压后输出到后级的有功功率；Pg为网侧有功功率；Pdc为流过直流侧电容器的有功功率。进而可以得

建立式（2.116）的标准状态空间方程为

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其中，ΔXdc＝ΔYdc＝［Δudc］T；Δudc＝［Δuqg，Δudg，Δiqg，Δidg，Δuqs，Δuds，Δiqs，Δids］T；Adc＝01×1；

Bdc＝［iqg，idg，uqg，udg，－iqs，－ids，－uqs，－uds］；Cdc＝I1×1；Ddc＝01×8。

2.Boost升压电路控制方程

Boost升压电路的小信号模型采用输入型的等值电路，如图2.11所示。D为Boost电路的占空比。由图2.11可得，不可控Boost整流电路的数学模型为

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图2.11　不可控Boost整流器小信号等值电路

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Vin为稳态运行点电容C1的电压；Vdc为稳态运行点电容C两端的电压；D0为稳态运行点Boost电路的占空比；Ts为不可控整流二极管的开关周期；P为风力发电机的额定功率；M＝。

设发电机侧dq坐标系下电压为usd和usq，则有

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将发电机侧电压综合矢量定向在d轴上，则机侧电压在q轴上的投影为0。因此，由式（2.118）、式（2.119）可得

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忽略整流过程中的功率损耗，可得

Boost电路通过控制占空比D来控制发电机的输出功率，其控制框图如图2.12所示。

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图2.12　Boost电路控制策略

根据控制框图，设置中间变量x1、x2，将控制流程进行线性化，并结合式（2.119）至式（2.121）可得到发电机侧Boost整流器的标准状态方程如式（2.122）所示，下标Boost表示Boost整流器。

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其中，

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其中，a＝1＋Kp2（b＋1）j1，b＝Kp1uin0，c＝Kp1i10，下标“0”表示稳定运行点。

3.网侧变流器控制方程

网侧变流器主要维持直流侧电容两端电压的恒定，并实现发电机输出有功和无功的最优控制，其控制结构如图2.13所示。

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图2.13　网侧逆变器控制策略

结合上述机侧变流器控制结构，在每个PI环节前设中间状态变量xi（i＝3，4，5，6），根据上述控制流程列写控制器的状态空间方程：

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其中，ΔXg＝［Δx3，Δx4，Δx5，Δx6］T；ΔYg＝［Δugd，Δugq］T；Δug＝［ΔuDC_ref，ΔQg_ref，ΔuDC，Δugd，Δugq，Δigd，Δigq］T；

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下标“0”表示稳定运行点。