永磁直驱风电系统并联变流器的低电压运行技术研究

摘要

目前,全球性的能源危机和环境问题日益加剧,节能和环保成为了人们的共识。风能作为一种清洁的可再生能源,其开发利用受到了许多国家的关注。中国具有丰富的风能资源,风力发电受到了国家法律和政策上的支持,但是在技术上还落后于一些发达国家。因此,研究风电技术势在必行。
　　本文选取永磁直驱风力发电系统的变流器作为研究对象。变流器采用了双PWM背靠背式的拓扑结构,为了扩容对变流器进行了并联。为了满足并网要求,当电网电压出现跌落时,变流器还要帮助风电机组实现低电压穿越。首先,建立了变流器机侧和网侧的数学模型。在此基础上，分别提出了机侧和网侧的控制策略。其中,机侧变流器要控制永磁同步电机运行在最优点,减少转矩脉动和定子电流谐波。网侧变流器要稳定直流母线电压,灵活调节功率因数。由于在变流器控制时需要获得电机转子的相位和电网电压的相位,因此,对滑模观测器算法和三相软件锁相环分别进行了研究。其次,为了提高变流器的容量,采用了变流器共母线并联的结构,并对并联时的环流问题进行了研究。建立了环流的模型,分析了环流产生的机理和流通路径,进而提出了环流的控制策略。引入环流闭环,并对空间矢量调制技术做了改进,通过占空比补偿,实现对环流的抑制。再次,为了应对电网电压的跌落故障,要控制变流器提高机组的低电压穿越能力。在分析了电网故障及其对机组影响的基础上，提出控制策略缓解故障造成的功率不平衡和直流母线电压波动。此外,由于电网发生故障时,常规锁相环会出现震荡,因此对电网故障锁相技术进行了研究。最后,在实验室的永磁直驱风电平台上验证了变流器并联运行控制策略的有效性。该策略也可应用于大功率的风电变流器。

目录

永磁直驱风电系统并联变流器的低电压运行技术研究

RESEARCH ON LOW VOLTAGE OPERATION OF PARALLEL CONVERTERS FOR DIRECT-DRIVE PERMANENT-MAGNET WIND POWER SYSTEM

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外风力发电的现状

1.3 永磁直驱风力发电系统相关技术

1.4 本文的主要研究内容

第2章 永磁直驱风电系统变流器及其控制

2.1 引言

2.2 永磁直驱风电系统的机侧变流器及控制

2.3 永磁直驱风电系统的网侧变流器及控制

2.4 仿真验证

2.5 本章小结

第3章 永磁直驱系统变流器的并联技术

3.1 引言

3.2 永磁直驱风电系统并联变流器的环流分析

3.3永磁直驱变流器并联运行的控制策略

3.4仿真验证

3.5 本章小结

第4章 永磁直驱系统变流器的低电压运行技术

4.1 引言

4.2 电网故障及其对永磁直驱机组的影响

4.3 电网故障锁相

4.4 电网故障时变流器的控制策略

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

第5章 永磁直驱系统实验平台和结果分析

5.1 引言

5.2 实验平台介绍

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢