基于永磁同步风力发电系统的功率变换器故障容错控制

摘要

风能和太阳能资源是最受欢迎的可再生能源。这两种能源都有许多优点，比如它们取之不尽用之不竭并且清洁。这种优势使得可再生能源在全球市场受到欢迎。考虑到安装成本，与太阳能相比，风能系统的成本更低。风能系统的主要问题是它的供给是不固定的。因此，风能系统的使用需要得到其他能源的支持作为补充。随着风能市场发展，风能转换系统（WECSs）的成本和可靠性问题已经变得越来越重要。风能转换系统意外关机的问题可能导致重大的经济损失，因此需要花费了大量的检查和维护费用。大多的WECSs安装在偏远地区并且建在高塔上。大多数的风能转换系统使用PMSG作为驱动电机，这样的系统具有高功率密度和高效率的优点。WECSs很容易出现各种故障，任何故障都有可能导致系统对能源生产的巨大损失。如果变换器的某一桥臂发生故障，系统关闭，在这种情况下，背靠背变换器将切换到容错控制模式，避免了系统的突然停机，并在另外变换器五条桥臂下继续工作。 本文对基于WECS的直驱PMSG系统进行了建模、控制和仿真。该系统能够从风场获取最优功率。本文对PMSG系统的两种工作模式进行比较和分析。为了跟踪风力发电系统的最大功率，并考虑风力机的非线性特性，采用了基于最大叶尖速比的最大功率点跟踪技术，包括了电池和俯仰角控制，以获得最大输出。对传统的五桥臂和六桥臂变换器进行了比较和仿真。在故障情况下，为提高系统可靠性、健壮性、效率、使用性和连续性，采用了基于故障容错控制模式下五桥臂变换器。提出了具有相同性能的五桥臂变换器拓扑，以取代传统的六桥臂变换器。

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