风力发电并网变流器工程问题研究

论文摘要

改善能源结构,发展新的可再生能源,减轻对环境的污染,提高电能质量,已成为我国能源工业关注的一个热点。风能不仅是目前最有开发利用前景的一种新能源,而且是应用技术最成熟的可再生能源,随着风能的开发和利用,风力发电相关技术也取得了显著的进步,并逐渐成为能源技术中的一个重要分支。本文主要研究当前风能利用中的并网变流器与相关工程技术问题。 本文的主要研究内容有: 1.三相电压源型并网变流器的拓扑结构与控制策略研究。详细分析风力发电用并网变流器拓扑与工作特点,根据变流器在三相静止坐标系的数学模型,利用Matlab/Simulink建立了基于开关函数的仿真模型和控制系统研究平台,分析了PWM信号对变流器输出波形的影响。 2.针对采用不同滤波器结构的并网变流器控制系统进行研究。对比了采用不同控制变量进行网侧电流控制时并网变流器系统的稳定性。针对采用T型滤波器的大功率风力发电用并网变流器系统,提出利用变流器输出电流闭环控制与电压电流双前馈补偿相结合的控制策略,并对控制系统进行了仿真设计,分析了电网电压前馈和电流前馈对控制系统的动态性能与静态性能的影响,并通过仿真实验证明,采用该控制策略的变流器系统不仅响应速度快而且具有较好的抗干扰性和鲁棒性。 3.从稳态和瞬态两个角度,分析了电压型PWM变流器常采用的L滤波器电感参数的约束条件。在此基础上,针对大功率并网变流器的PWM信号开关频率较低,导致输出电流中含有较大的开关频率谐波,采用典型L滤波器抑制需要较大电感量,为有效抑制低开关频率造成的电流谐波同时降低输出滤波器电感设计,在并网变流器中引入T型滤波器取代典型的电感滤波器,并给出了T型滤波器的约束条件和工程设计方法。仿真实验证明采用T型滤波器可以提高并网变流器的输出电能质量,降低滤波器的体积和成本。 4.对风力发电用大功率并网变流器的主电路进行了研究。结合IGBT的工作特点和性能参数,对大功率IGBT所采用的驱动电路进行了设计,并给出大功率

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 发展风力发电产业的意义和必要性
• 1.2 风力发电发展现状和趋势
• 1.2.1 世界风电的发展
• 1.2.2 我国风电发展的状况
• 1.3 风力发电并网方式
• 1.4 风力发电并网相关问题
• 1.4.1 电压闪变
• 1.4.2 谐波污染
• 1.4.3 稳定性
• 1.5 风力发电中的电力电子技术
• 1.5.1 电力电子变流器
• 1.5.2 变流器PWM技术
• 1.6 论文主要工作
• 第二章 并网变流器控制系统设计
• 2.1 三相电压源型并网变流器工作原理
• 2.2 并网变流器控制系统设计
• 2.2.1 L滤波并网变流器电流控制技术
• 2.2.2 采用T型滤波的并网变流器电流控制
• 2.2.2.1 网侧电流闭环控制
• 2.2.2.2 电容电流闭环控制
• 2.2.2.3 变流器桥臂电流闭环控制
• 2.3 变流器双环控制系统
• 2.3.1 电流内环设计
• 2.3.2 电压前馈控制器设计
• 2.3.3 电流前馈
• 2.3.4 电压外环设计
• 2.4 仿真实验
• 第三章 三相VSR滤波器设计
• 3.1 并网变流器一阶L滤波器设计
• 3.1.1 满足四象限运行时的电感设计
• 3.1.2 满足动态要求的电感上限值
• 3.2 T型滤波器设计
• 3.2.1 T型滤波器传约束条件
• 3.2.2 T型滤波器工程设计
• 3.3 滤波器仿真实验
• 3.3.1 L滤波器的设计与仿真
• 3.3.2 T滤波器的设计与仿真
• 第四章 大功率变流器主电路设计问题
• 4.1 IGBT模块关键参数与选择
• 4.2 IGBT驱动电路设计
• 4.2.1 驱动条件和主要特性的关系
• 4.2.2 驱动电路功率参数
• 4.2.3 栅极串联驱动电阻选择
• 4.2.4 驱动电路设计、实际安装的注意事项
• 4.3 过电压保护电路
• 4.3.1 常用缓冲电路
• 4.3.2 RCD缓冲电路
• 第五章 三相电压型并网变流器工程实践
• 5.1 三相电压型并网变流器样机的硬件设计
• 5.2 主电路智能功率模块（IPM）的选取
• 5.3 基于DSP的控制器设计
• 5.3.1 DSP芯片TMS320F2407
• 5.3.2 功能模块电路设计
• 5.3.2.1 时钟与复位电路
• 5.3.2.2 检测电路的设计
• 5.3.2.3 显示模块
• 5.3.2.4 驱动模块
• 5.4 上位机监控
• 5.5 并网变流器的软件设计
• 5.5.1 主程序模块设计
• 5.5.2 中断服务程序设计
• 5.6 风力发电模拟平台实验研究
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文