大功率直驱风力发电系统网侧LCL滤波器的研究

论文摘要

近年来,随着煤、石油、天然气等常规能源的日益枯竭和环境的不断恶化,各国都在积极开发应用可持续发展的替代能源,风能以其丰富、分布广泛、清洁并能缓和温室效应等特点,作为一种绿色的新能源有着巨大的潜力。永磁直驱风力发电机的转子与风力机直接耦合,省去了齿轮箱,改善了机组的性能,提高了机组的稳定性,近年来得到了广泛关注。在大功率风力发电系统中,需要在网侧并联LCL滤波器来滤除变流器产生的谐波电流,提高并网的电能质量。论文围绕大功率变流器LCL滤波电路开展研究工作。首先根据LCL滤波器的滤波原理,从谐振频率、总电感量等限制条件入手对LCL滤波器的滤波元件参数选择进行了研究,提出了一套完整的LCL滤波器参数设计方法。并针对容量为200kVA的系统,计算出一组具体参数用于仿真实验。然后,根据Z平面内系统传递函数零极点的分布,分析了LCL滤波器参数改变对系统性能的影响。其次,建立了带LCL滤波器网侧PWM变流器在各坐标系下的数学模型,在同步旋转坐标系下,设计了基于d轴电压定向的电压外环、电流内环双闭环控制系统,并用Matlab/Simulink对系统进行了仿真,对比各参数改变后系统性能的变化。最后,针对LCL滤波器的谐振问题,分析了几种典型的有源阻尼法。采用虚拟电阻法,对控制算法进行修正后,避免谐振的同时提高了系统效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 LCL滤波器参数设计研究现状
• 1.2.2 控制策略研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 LCL滤波器原理分析
• 2.1 LCL滤波器对系统整体性能影响的分析
• 2.2 LCL滤波器参数约束条件
• 2.2.1 谐振频率约束条件
• 2.2.2 总电感量约束条件
• 2.3 LCL滤波器参数设计
• 2.3.1 变流器侧电感
• 2.3.2 滤波电容
• 2.3.3 网侧电感
• 2.3.4 阻尼电阻
• 2.4 计算实例
• 2.5 LCL滤波器参数对系统性能的影响
• 2.5.1 反馈电流对网侧电流的影响
• 2.5.2 阻尼电阻的影响
• 2.5.3 网侧阻抗对系统性能的影响
• 2.5.4 变流器侧阻抗对系统性能的影响
• 第3章 带LCL滤波器的网侧变流器数学模型
• 3.1 坐标变换
• 3.1.1 坐标变换的基本原则
• 3.1.2 坐标变换的基本思路
• 3.2 带LCL滤波器的网侧变流器数学模型
• 3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 3.2.2 两相静止αβ坐标系下的数学模型
• 3.2.3 两相旋转dq坐标系下的数学模型
• 第4章 带LCL滤波器的网侧变流器控制系统设计
• 4.1 控制系统设计
• 4.1.1 电流内环控制器的设计
• 4.1.2 电压外环控制器的设计
• 4.1.3 解耦及扰动的补偿
• 4.1.4 SVPWM控制
• 4.2 控制系统仿真
• 第5章 无阻尼电阻的LCL滤波器
• 5.1 基于超前-滞后网络的AD法
• 5.2 无电压传感器的有源阻尼法
• 5.3 虚拟电阻法
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果