永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電變流器的并聯(lián)運行研究.pdf

1、近年來永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了迅速發(fā)展,很多單機容量已接近10MW,由于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過全功率變流器實現(xiàn)并網(wǎng)運行,受現(xiàn)代電力電子器件容量的限制,如此大的能量很難通過單套變流器輸送到電網(wǎng)。為了突破這一限制,并聯(lián)技術(shù)逐漸成為研究熱點,為此,本文對永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的并聯(lián)運行進行了深入研究,具體包括以下幾個方面:
　　為了解決變流器并聯(lián)運行中的環(huán)流問題,提出了共直流母線并聯(lián)型永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的環(huán)流控制策略。分別在三相靜止坐標

2、系下和同步旋轉(zhuǎn)坐標系下建立了共直流母線并聯(lián)型拓撲的平均模型,分析了其存在的環(huán)流問題,闡明了產(chǎn)生環(huán)流的根本原因,證明了機側(cè)環(huán)流和網(wǎng)側(cè)環(huán)流是互相獨立的,因此機側(cè)環(huán)流和網(wǎng)側(cè)環(huán)流的抑制可以獨立進行。設(shè)計了變零矢量對稱SVPWM調(diào)制策略,在不增加硬件開銷的基礎(chǔ)上抑制了機側(cè)環(huán)流和網(wǎng)側(cè)環(huán)流,解決了不均流、波形畸變、三相不對稱等問題,實現(xiàn)了永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的共直流母線并聯(lián)運行。
　　針對數(shù)字控制中存在的環(huán)路延時問題,提出了共直流母線并聯(lián)型風(fēng)電變

3、流器的電流環(huán)拓寬策略。設(shè)計了共直流母線并聯(lián)型拓撲機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器的電流解耦控制策略,得到了統(tǒng)一的電流環(huán)傳遞函數(shù)。分析了電流環(huán)拓寬策略的原理,實現(xiàn)了一個開關(guān)周期內(nèi)的兩次采樣和兩次占空比更新,在根本上縮短了采樣及控制延時。通過電流環(huán)傳遞函數(shù)和伯德圖證明了電流環(huán)帶寬頻率與總慣性時間常數(shù)成反比,在開關(guān)頻率不變的前提下,將電流環(huán)帶寬拓展為典型時序的2.67倍,提高了系統(tǒng)的性能,實現(xiàn)了高開環(huán)增益下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　為了實現(xiàn)永磁同步發(fā)

4、電機的無位置傳感器矢量控制,建立了基于共直流母線并聯(lián)型拓撲的永磁同步發(fā)電機模型,給出了同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的等效電路,進而設(shè)計了滑模觀測器。搭建了1.5MW共直流母線并聯(lián)型永磁直驅(qū)風(fēng)電平臺,結(jié)合變零矢量對稱SVPWM調(diào)制策略、電流環(huán)拓寬策略以及無位置傳感器矢量控制,實現(xiàn)了1.5MW永磁同步發(fā)電機的滿功率并網(wǎng)發(fā)電,為大功率永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
　　由于共直流母線并聯(lián)型永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器拓撲環(huán)流阻抗較小、環(huán)流控制相對復(fù)雜,

5、提出了獨立直流母線并聯(lián)型永磁直驅(qū)風(fēng)電變流器的環(huán)流控制策略。系統(tǒng)由多組結(jié)構(gòu)相同的背靠背型PWM變流器相互并聯(lián)而組成,且直流母線相互獨立。通過平均模型分析了環(huán)流路徑,給出了機側(cè)環(huán)流和網(wǎng)側(cè)環(huán)流的耦合關(guān)系,闡明了獨立直流母線并聯(lián)型拓撲產(chǎn)生環(huán)流的根本原因,證明了其環(huán)流阻抗大于共直流母線并聯(lián)型拓撲的環(huán)流阻抗,更有利于環(huán)流的抑制。基于SPWM調(diào)制方式設(shè)計了環(huán)流抑制器,抑制了環(huán)流,并分別給出了機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略,實現(xiàn)了多組直驅(qū)型風(fēng)電變流器

6、的獨立直流母線并聯(lián)運行。
　　對高環(huán)流阻抗并聯(lián)拓撲和并網(wǎng)電流諧波進行了研究。針對采用普通三相電抗器時環(huán)流阻抗較小的問題,提出了采用耦合電抗器的高環(huán)流阻抗并聯(lián)拓撲,得出了去耦等效電路,分析了耦合電抗器自主均流的原因,給出了耦合電抗器的短路電流要求,證明了耦合電抗器可以有效提高環(huán)流阻抗,有利于對環(huán)流進行抑制,提高了系統(tǒng)的運行性能。為進一步提高并網(wǎng)電流質(zhì)量,分析了并聯(lián)方式、載波移相控制等對并網(wǎng)電流諧波的影響,證明了系統(tǒng)級并聯(lián)方案的合理性