离岸风电场大功率风能变换器及直流连接环节研究

【摘要】：离岸海上风电场在近年来受到了世界各国的高度重视,对大容量离岸风电场并网环节的研究具有重要的意义和迫切性。通过与交流并网集中控制方案的对比,提出采用风力发电机经过整流和斩波接入直流母线,由直流母线输送到陆地,并经逆变器和变压器接入电网的分布式控制方案。具体研究内容如下:将二极管不控整流输出的低压直流电通过斩波升压电路升高到35kV,接入高压直流母线。利用查表法获取最大功率参考值,通过对整流器输出电压采样,得到斩波电路电感电流的参考值,用来控制斩波电路的占空比,实现最大功率跟踪的目的。采用电网电压矢量定向控制策略,对三电平电压型逆变器进行了解耦控制,对电压外环和电流内环中的PI控制器的比例积分参数进行了设计;分析了三电平空间矢量脉冲调制的工作原理,提出了一种基于PI控制的中点电位平衡的控制策略,解决了逆变器中点电位不平衡问题。分析了单、双同步坐标系软件锁相环的工作原理,并利用SIMUlink进行了仿真,仿真结果表明,单同步坐标系软件锁相环在电网电压平衡状况下可以很好的锁相,双同步坐标系软件锁相环在电网电压平衡和不平衡状况下均可很好的锁相。最后利用SIMUlink分别对系统运行在理想状况、直流连接环节扰动状况、电网电压扰动状况以及直流连接环节和电网电压同时发生扰动状况进行了仿真,仿真结果表明无论系统工作在哪种状况下,都可以很快进入到稳定状态,因而整个方案稳定可靠,满足大功率离岸风力发电场并网需求。 【关键词】：海上风力发电场 交流并网 升压斩波 三电平逆变器 锁相环
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 海上风力发电的研究现状9-11
• 1.2.1 海上风力发电技术的研究现状9-10
• 1.2.2 海上风力发电控制装置的研究现状10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-14
• 第2章 海上风力发电系统并网逆变器的工作原理及数学模型14-26
• 2.1 海上风力发电简述14-16
• 2.2 升压斩波电路原理及元件参数设置16-18
• 2.2.1 升压斩波电路的工作原理16-17
• 2.2.2 升压斩波电路参数的设计17-18
• 2.3 三相三电平电压型并网逆变器的拓扑结构及工作原理18-20
• 2.4 三相三电平电压型并网逆变器的数学模型20-22
• 2.4.1 在ABC三相静止坐标系下的数学模型20-21
• 2.4.2 在α-β两相静止坐标系下的数学模型21-22
• 2.4.3 在d-q同步旋转坐标系下的数学模型22
• 2.5 逆变器主电路参数设计22-24
• 2.5.1 交流侧滤波电感参数设计22-24
• 2.5.2 直流侧稳压电容的选取24
• 2.6 本章小结24-26
• 第3章 空间矢量脉冲调制技术26-38
• 3.1 概述26
• 3.2 三电平SVPWM的算法26-30
• 3.2.1 三电平基本空间矢量26-27
• 3.2.2 SVPWM算法实现27-30
• 3.3 三电平逆变器中点电位平衡控制30-33
• 3.3.1 中点电位不平衡问题产生的原因30-32
• 3.3.2 中点电位平衡方法32-33
• 3.4 三电平SVPWM的仿真33-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 海上风力发电三电平并网逆变器的控制策略38-56
• 4.1 Boost斩波电路的控制策略38-39
• 4.2 基于电网电压定向的矢量控制39
• 4.3 dq坐标系下的解耦控制39-41
• 4.4 电流环和电压环的设计41-44
• 4.4.1 电流环的设计41-42
• 4.4.2 电压环的设计42-44
• 4.5 并网变流系统锁相技术的实现44-54
• 4.5.1 单同步软件锁相环的工作原理及仿真分析44-47
• 4.5.2 双同步软件锁相环的工作原理及仿真分析47-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第5章 仿真和实验结果56-66
• 5.1 系统仿真模型的建立56-57
• 5.2 不同情况下系统的仿真及结果分析57-65
• 5.2.1 理想情况下仿真结果及分析58-59
• 5.2.2 直流连接环节扰动情况下系统仿真结果及分析59-62
• 5.2.3 电网电压扰动情况仿真结果及分析62-63
• 5.2.4 电网电压和直流连接环节同时扰动仿真结果及分析63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间所发表的论文72-74
• 致谢74

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