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风电机组多电平SPWM控制方法研究

张志海  
【摘要】:根据电力发展“十三五”规划(2016-2020年),新能源发电中风力发电占比最大,发展最为迅猛,加大了对风电机组的容量和效率的要求。在此背景下,本文就如何优化直驱型永磁风电机组多电平功率变换器的控制方法及如何减少输出波形谐波污染问题展开了研究。基于长春市科技计划项目,通过阅读文献,深入了解国内外的风电机组、多电平拓扑结构和系统控制策略研究的现状,确定省去齿轮箱环节的直驱型永磁同步风电机组作为研究对象,本文研究了直驱型永磁同步风电机组功率变换器的六种形式,并且对此进行了对比、分析,得出背靠背双PWM功率变换器是当前技术条件下最具优势的功率变换器。本文的研究目的是找到一种适合于永磁风电机组多电平功率变换器的SPWM控制方法,使功率变换器通过控制可以输出谐波率小的电压波形,从而减少风电机组对电网的谐波污染。通过分析各种控制方法,最终采用重复控制和无差拍控制并联的复合控制方法,对风电机组中功率变换器进行控制,使之输出的电压波形达到风电机组并网的要求。首先,对风电机组多电平功率变换器逆变部分的电路拓扑进行研究,选定三电平中点钳位型逆变电路(NPC)应用到风电机组功率变换器中,研究其载波调制技术及其不规则采样法。其次,对风电机组功率变换器控制用到的重复控制、无差拍控制和复合控制的结构原理深入分析,在Matlab中搭建Simulink模型,分析各种状态下的输出电压和电流波形,验证了重复控制能够实现无静差控制,但重复控制的实时性差;无差拍控制实时性好,但系统鲁棒性差,结合起来的复合控制能够改善重复控制的实时性差和无差拍控制鲁棒性差的问题。为实现数字化,采用DSP+FPGA芯片组合满足风电机组多电平功率变换器控制电路的多路SPWM通道需求。本文的创新点是把复合控制的方法应用到风电机组背靠背双PWM三电平功率变换器的控制中,实现了风电机组功率变换器输出电压波形谐波率为1.10%的并网结果。


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