并联PWM背靠背式风电变流器调制策略研究

论文摘要

风力发电技术的研究被日益重视,它采用风轮机直接驱动永磁同步发电机,通过功率变换器进行电能转换后并网,省去了故障频出的齿轮箱,同时低压穿越能力明显提高,提高了效率,因此,直驱型风力发电是风电技术发展的重要方向。但由于全功率变流器须承载全部电能,随着风力发电单机容量的提高,全功率变流器容量的提高将成为风电变流技术研究的重点,达到提高变流器容量,保障大功率变流器的稳定高效运行,为电网提供高质量电能的目标,对风电事业的发展具有深远的影响。论文以实现以通过载波相移技术应用于大功率变流器,实现全功率变流器大容量化为目标,开展了以下工作：首先介绍国内外风电行业的发展史及现状,重点分析风电变流器的现状及发展趋势,总结出提高变流器容量的可行方案,着重阐述了并联技术的研究现状,表明并联技术提高变流器容量的可行性。其次,分析六相双绕组永磁同步电机的数学模型,阐述风力的数学模型,搭建了永磁同步电机直接连接风力的仿真模型,阐述了永磁同步电机的零d轴空制策略。建立六相永磁同步电机的仿真模块。第三,分析比较几种大功率变流器调制策略,着重研究载波相移正弦脉宽调制和相移电压空间矢量调制两种优秀的大功率变流技术调制策略。并基于MATLAB/SIMULINK调制出两种调制策略的波形。最后,重点研究并联PWM背靠背式变流器的拓扑结构及运行工况,着重分析了并联条件下的机侧、网侧变流器数学模型,给出了电压外环电流内环的双闭环机侧变流器控制策略,网侧变流器采用电压电流双环控制策略。在此基础上搭建两种脉宽调制策略下的仿真模型,针对性比较两种仿真结果,验证两种大功率调制策略的优缺点。将载波相移技术运用于脉宽调制中,实现脉宽调制在功率变流技术场合的应用,通过仿真实验,验证课题研究的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 环境能源问题与可再生能源
• 1.1.2 国内外风力发电发展概况
• 1.2 风力发电变流技术现状及前景
• 1.2.1 风电发电技术现状
• 1.2.2 风电变流器发展趋势
• 1.2.3 并联技术发展现状
• 1.3 论文的研究意义及研究内容
• 第2章 永磁直驱风力发电系统的数学模型
• 2.1 六相双绕组永磁同步发电机数学模型
• 2.1.1 六相双绕组永磁同步电机基本结构
• 2.1.2 六相双绕组永磁同步电机数学坐标分析
• 2.1.3 六相双绕组永磁同步电机的控制策略
• 2.2 基于风力机的永磁同步电机的MATLAB仿真
• 2.2.1 风力机数学模型
• 2.2.2 基于风力机的永磁同步电机仿真
• 2.3 小结
• 第3章 并联PWM背靠背式变流器
• 3.1 PWM背靠背式变流器系统数学模型
• 3.2 三相变流器基本数学模型
• 3.3 并联PWM背靠背式变流器
• 3.3.1 并联PWM背靠背式变流器拓扑结构分析
• 3.3.2 PWM背靠背并联变流器机侧变流器分析
• 3.3.3 并联PWM背靠背式变流器工况分析
• 3.4 小结
• 第4章 载波相移SPWM与相移SVM调制策略
• 4.1 大功率变流器的调制策略
• 4.1.1 阶梯波脉宽调制
• 4.1.2 基于载波组的PWM技术
• 4.1.3 多电平电压空间矢量调制
• 4.1.4 载波相移SPWM技术
• 4.1.5 相移SVM技术
• 4.2 载波相移SPWM调制策略
• 4.2.1 SPWM技术
• 4.2.2 载波相移SPWM技术的简单数学模型
• 4.2.3 载波相移SPWM技术分析及评价
• 4.3 相移SVM技术
• 4.3.1 相移技术的基本原理及调制方式
• 4.3.2 相移SVM的基本原理及分析
• 4.4 小结
• 第5章 并联PWM背靠背式变流器调制仿真
• 5.1 机侧变流器控制策略分析
• 5.2 网侧变流器控制策略分析
• 5.3 仿真电路参数设置
• 5.4 基于载波相移SPWM仿真分析
• 5.5 基于相移SVM仿真分析
• 5.6 载波相移SPWM与相移SVM调制方法比较
• 5.7 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表文章及科研成果