变速恒频风力发电系统双向变频器关键技术研究

摘要

随着世界经济的高速发展，能源短缺和环境污染问题日益严重。解决这一问题的途径之一是开发可再生能源。风电资源是近年来发展最快的可再生能源，采用无刷双馈电机的变速恒频风力发电技术，以其效率高、所需变频器容量小等特点成为当今风力发电技术的主流。 本文首先介绍了风力发电产业及风力发电技术的国内外发展现状，分析了变速恒频风力发电系统的基本原理和变速恒频风力发电用双向变频器的技术发展现状。其次，分析了双PWM三电平变频器整流部分和逆变部分的基本工作原理，建立了相应的数学模型；深入研究了应用于三电平的常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法，在此基础上研究了一种基于60°坐标系的SVPWM算法，该算法可以省去扇区判断过程，缩小计算工作量。仿真结果证明了基于60°坐标系的SVPWM算法的高效性。同时，本文在分析了三电平PWM逆变器产生电容中点电压不平衡原因的基础上，通过电容中点电容电荷的估计，提出了一种通过改变电压调整系数来调节SVPWM中正、负小矢量的作用时间，维持电容中点电压平衡的控制策略，并将其应用到三电平PWM整流器的设计中。对于双PWM三电平变频器，研究了一种由整流器控制电容中点电压平衡的协调控制策略最后，对所设计的双PWM三电平变频器进行仿真，在仿真的基础上设计了基于DSP2812的控制程序，并给出了部分程序流程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 风力发电现状

1.1.1风力发电产业的国内外发展现状

1.1.2风力发电技术的国内外现状

1.2无刷双馈变速恒频风力发电系统分析

1.2.1无刷双馈电机的基本结构

1.2.2无刷双馈电机变速恒频风力发电的基本运行原理

1.2.3变速恒频风力发电中无刷双馈发电机的能量传递关系

1.3主要研究内容

1.4本章小结

第二章 双向变频器分析

2.1国内外变频器的发展现状

2.2双向变频器在变速恒频风力发电系统中的作用及其实现方案

2.3本章小结

第三章 二极管箝位三电平PWM整流器的分析与研究

3.1 PWM整流器基本原理

3.2 NPC三电平PWM整流器理论分析

3.3 NPC三电平PWM整流器控制系统设计

3.3.1电流控制环的设计

3.3.2电压控制环的设计

3.4本章小结

第四章 二极管箝位三电平PWM逆变器的分析与研究

4.1 NPC三电平PWM逆变器理论分析

4.1.1 NPC三电平PWM逆变器工作原理

4.1.2 NPC三电平PWM逆变器的数学模型

4.1.3 NPC三电平PWM逆变器在d-q坐标系下的数学分析

4.2 NPC三电平PWM逆变器的SVPWM控制策略

4.2.1 NPC三电平PWM逆变器的三种基本控制方式

4.2.2 NPC三电平PWM逆变器的常规SVPWM控制

4.3基于60°坐标系的SVPWM算法

4.3.1坐标变换

4.3.2确定基本矢量并计算其作用时间

4.3.3输出PWM波形

4.4 NPC三电平PWM逆变器的仿真

4.4.1常规的NPC三电平PWM逆变器SVPWM算法仿真

4.4.2基于60°坐标系的SVPWM算法仿真

4.4.3仿真结果

4.5本章小结

第五章 电容中点电位平衡策略的研究

5.1电容中点电位不平衡的原理分析

5.2电容中点电位平衡控制策略

5.3双PWM三电平变频器的电容中点电位平衡策略

5.4本章小结

第六章 双PWM三电平变频器仿真

6.1 NPC三电平PWM整流器的仿真

6.2双PWM三电平变频器的联合仿真

6.3软件控制程序

6.3.1双PWM三电平变频器整体软件设计

6.3.2具有电容中点电位平衡功能的SVPWM软件设计

6.3.3数字PI调节器的设计

6.3.4软件设计应注意的问题

6.4本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢