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基于直驱型风电系统的多电平变流器算法研究

柳刚  
【摘要】: 目前主流的风电系统中,直驱型风电系统因其具有结构简单、能量转换效率高、可靠性高、并网功率控制灵活等优点,成为了继双馈型风电机组之后风力发电技术领域的重要研究方向。全功率并网变流装置作为直驱型风力发电系统与电网的接口,其结构的选择对变速恒频运行性能至关重要。然而,国内外对于双馈型系统变流器研究较多,但有关直驱型系统全功率并网变流器的深入研究还很少。我国直驱型变流机组及其核心控制技术方面也严重依赖进口,极大制约了我国风电产业的发展。因此,本文针对直驱型风电系统全功率并网变流装置展开研究,并通过仿真验证了理论研究成果的正确性。 论文首先介绍了世界风电发展的背景、概况以及技术发展趋势;对比分析了恒速恒频和变速恒频风电系统的结构、特点,详细阐述了变速恒频系统的几种典型拓扑结构;综述了并网变流装置的拓扑结构及其控制策略的发展概况。 其次,本文对比分析了典型并网变流方案的结构及特点,并在考虑现有开关器件耐压值及开关频率水平的情况下提出一种符合大功率直驱型风电系统要求的变流拓扑结构,即将单元串联型多电平变流器与直驱型风电系统相结合的方案,利用低速多相永磁同步发电机为各个串联单元提供独立直流电源,将直驱型风电系统的固有的优点同单元串联型变流器高压、高品质、大功率的输出特点结合在一起。 第三,文章分析了多电平变流器的拓扑结构,工作原理,及控制方法。针对本方案中出现的直流侧电压不平衡情况,论文通过分析基于载波移相脉宽调制方法不同调制深度下的输出波形,提出了直流侧电压不平衡情况下输出电压的稳定控制方法,并通过仿真验证了理论结果的正确性。 最后,文章推导出三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下瞬时功率的计算方法,针对并网变流系统建立了数学模型,并根据数学模型得出了电流的控制方法,经过仿真验证了控制方法的正确性。


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