直驱型永磁同步风力发电机的变流器研究

论文摘要

直驱型风力发电系统变速恒频控制是基于定子电路实现的,把永磁同步发电机发出的交流电通过变流器转变为与电网同频的交流电。因为变流器的容量与系统的额定容量相同,需要全功率变流器,在现有器件耐压水平未取得突破性进展以前,多电平技术因其具有输出谐波含量小、控制灵活等特点,非常适合应用于直驱型风力发电系统。另外,多电平变流器无需变压器,又可以达到升压的作用,具有很好的经济性。因此,多电平变流器在直驱型风力发电系统中具有很广阔的应用前景。本文介绍了三相三电平二极管中点钳位型PWM整流器电路拓扑结构,详细分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理,针对传统的复杂SVPWM算法,分析了一种基于g-h坐标系的简化SVPWM算法。该算法采用将电压矢量分解到复平面上,然后对其进行标幺化的方法。通过对参考矢量的分解来决定电压矢量的选择,以及对其作用时间进行计算。此方法同时具备算法简单易于实现,占用内存少和具有通用性的特点,省去了传统算法中烦琐的区间划分以及冗余状态的选择。最后在MatlabSimulink仿真环境中搭建风力机模型、永磁同步电机模型、三电平PWM整流控制模型、三电平逆变器模型等仿真模型,对60°坐标系SVPWM算法进行仿真,结果验证了此算法具有保持中点电位平衡和抗大负载扰动的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外变流器的技术现状
• 1.2.2 国内变流器的技术现状
• 1.3 风力发电的发展趋势
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 直驱型风电系统运行原理和数学建模
• 2.1 直驱式风电系统的基本结构、运行原理和优势
• 2.2 直驱式风力发电系统几种常用拓扑结构简介
• 2.2.1 不可控整流+Boost+逆变拓扑分析
• 2.2.2 双PWM背靠背拓扑分析
• 2.2.3 开关器件的串联和并联
• 2.3 直驱式风电系统主要组成部分数学模型
• 2.3.1 风速数学模型
• 2.3.2 风力机数学模型
• 2.3.3 轴系数学模型
• 2.3.4 直驱式变速恒频永磁同步发电机的数学模型
• 2.3.5 直流环节
• 2.3.6 全功率变流器数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 三电平逆变器中点电位平衡的研究
• 3.1 中点电位不平衡的原因及其危害
• 3.2 三电平逆变器中点电压波动分析
• 3.2.1 开关矢量对中点电位的影响
• 3.2.2 直流侧电容电压的平衡方法
• 3.2.3 开关矢量影响下中点电流的流向
• 3.3 中点电位平衡的控制策略
• 3.4 60°坐标系SVPWM算法
• 3.4.1 坐标系统与变换
• 3.4.2 选择最近的3个基本矢量
• 3.4.3 计算作用时间
• 3.4.4 确定输出开关状态
• 3.5 最小开关损耗控制
• 3.6 基于三相桥臂输出电流和中点电位检测的中点平衡方法
• 3.7 本章小结
• 第四章 直驱式风力发电系统仿真研究
• 4.1 直驱型风力发电系统控制策略
• 4.2 发电机侧PWM整流控制
• 4.2.1 PWM整流主电路分析
• 4.2.2 基于两相旋转坐标变换双闭环控制策略分析
• 4.3 网侧变流器控制策略
• 4.4 直驱式永磁同步风力发电系统仿真与分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录