并联型永磁直驱风力发电系统中的均流技术和环流抑制技术

摘要

近年来永磁直驱风力发电系统因其良好的控制性能以及并网电能质量，被认为是理想的风力发电技术。由于单机容量越来越大，对变流器装置的功率等级的要求也越来越高。为实现永磁直驱风力发电技术在更大容量场合的应用，如海上风电，大功率变流器技术日益受到关注。变流器并联技术是目前风力发电系统扩容的主要技术手段。考虑到风力发电的特点及应用场合的适用性，为了能够实现模块化设计与故障冗余，本文在诸多种拓扑选用共直流母线的交流器单元并联拓扑结构开展研究。
　　尽管变流器单元并联拓扑的总体性能较优，但仍然存在一些关键技术问题。其一是变流器单元并联后各单元的电流谐波互相叠加，使总电流THD明显增大。本文深入分析了载波移相调制技术的原理，指出载波移相能通过各单元谐波分量移相的方式来抵消总电流中的谐波。但与此同时载波移相也会导致交流器单元开关状态不一致，给系统内部带来低频环流。其二是并联系统给永磁直驱风力发电系统引入了均流和环流问题:均流问题会影响并联系统的负载均分，环流问题会导致单台变流器电流质量降低，两者都会影响变流器并联系统的正常运行。
　　针对以上问题，本文分析了变流器并联系统的零序环流产生机理及其数学模型，指出零序环流的产生原因在于变流器单元间电路状态的不一致，并重点分析了死区时间、开关频率、滤波电感等因素对环流的影响。
　　在此基础上，本文通过分析环流成因提出了抑制环流的方法，并设计了环流控制器。该环流控制器能够通过控制开关状态中零矢量的作用时间来控制零序环流，控制系统结构上加入零序环流反馈环节来控制变流器单元的驱动信号，进而将产生的零序环流控制在限定范围内。
　　带环流控制器的并联系统仿真实验结果证明，环流控制器能够在多种情况下有效减小变流器并联系统的零序环流，从而使交流器单元的支路电流质量得到保障，进而保证系统的电流并网质量，同时解决系统的均流问题和环流问题，实现变流器并联系统的负载均分和稳定运行。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 全功率变流器概述

1．1．2 PWM变流器数学模型

1．1．3 大功率变流器技术

1．2 永磁直驱风力发电系统概况

1．2．1 风力发电概况

1．2．2 永磁直驱风力发电

1．2．3 全功率变流器的作用

1．3 本文主要研究内容

第2章 变流器并联系统概述

2．1 引言

2．2 变流器并联系统分析

2．2．1 变流器单元控制

2．2．2 交流器并联系统拓扑

2．2．3 交流器并联系统控制

2．3 并联型永磁直驱风力发电系统

2．3．1 并联系统的结构

2．3．2 并联系统中的问题

第3章 变流器并联系统的环流分析

3．1 三相变流器并联的环流产生机理

3．1．1 环流产生机理分析

3．1．2 三相变流器模型

3．1．3 零序环流模型及推导

3．2 三相变流器并联的环流抑制

3．2．1 硬件抑制方法

3．2．2 软件抑制方法

第4章 带载波移相技术的变流器并联系统

4．1 载波移相原理及其分析

4．1．1 载波移相原理

4．1．2 总电流分析

4．2 载波移相对并联系统的影响

4．2．1 支路电流分析

4．2．2 载波移相的环流问题

第5章 变流器并联的环流控制设计

5．1 变流器并联系统的环流控制

5．1．1 环流控制器设计原理

5．1．2 环流控制器系统结构

5．1．3 环流控制器的波形分析

5．2 载波移相的环流控制

5．3 死区时间对环流的影响及控制

5．3．1 死区时间对环流的影响

5．3．2 死区时间不同的环流抑制

5．4 开关频率对环流的影响及控制

5．4．1 开关频率对环流的影响

5．4．2 开关频率不同的并联系统分析

5．5 滤波电感对环流的影响及控制

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士在读期间发表的论文