基于风力发电系统的电能变换装置研究

　　3 风电体系下的电能变换电路控制系统设计

　　3．1 控制系统方案的确定

　　风力发电机发出的电能电压为三相交流电，且输出电压较低，需经过整流器进行整流，得到的直流电在经过控制器的作用下对蓄电池进行充电，设计中采用的是三相桥式不可控整流。而对于直流变换电路主要功能是：调节直流输出电压使之恒定，以达到后级逆变电路输入要求；提高逆变电路的功率因数并抑制高次谐波，完成功率因数的校正，所以可采用直流Boost升压斩波电路。选用全桥逆变电路，其特点为带负载能力强，电路容易达到大功率；又由于LC滤波器有着对输出波形中的高次谐波进行滤波处理的能力，因此选用了输出端带LC滤波器的单相全桥逆变电路的拓扑结构，以使逆变电路输出高质量的正弦波形。

　　3．2 电能变换电路的控制器设计

　　设计的永磁直驱风力发电系统发出电压在18～50 V之间变化时，经过电能变换电路的处理得到稳定的220 V电压，通过研究得出在设计整流及Boost升压变换电路的控制策略时，应该以控制输出电压为出发点，使输出电压保持恒定为目的，且同时要保证系统功率因数尽可能的接近于1，综合风电系统特殊环境及Boost变换的电路CCM工作特性的基础上，控制系统的设计中采用了平均电流控制技术，结构上为电流内环和电压外环构成双闭环结构；而对于逆变电路部分则在电路的控制方式上选用正弦脉宽调制方式对逆变电路进行控制，设计了采用PI调节器及PWM控制的电路控制策略。在确定了系统中电路的运行状态后，确定了电路参数，并利用Matlab＼Sireulink搭建了电能变换电路逆变部分的仿真模型，如图4所示。

　　仿真结果如图5所示。在图5中从上至下分别为未经过滤波的负载电流波形、经过滤波后的负载电流电压波形，仿真结果可见在允许的范围内达到了负载要求的工作电压。

　　4 结语

　　针对永磁直驱风力发电体系下的电能变换电路进行了设计，并对所设计的控制策略及方案在Matlab软件下应用Simulink来完成的模型搭建和仿真调试。通过仿真，验证了设计的电能变换电路拓扑结构的正确性及控制策略的合理性，为直驱风力发电系统的电能变换的研究提供了一定的信息。