三重线电压级联变换器在永磁直驱风电并网控制中的研究

【摘要】：随着人们对风能开发利用的不断提高,永磁直驱型风电系统省去了成本高、易坏的齿轮箱和外部励磁装置,使结构简单、成本降低、可靠性提高,得到越来越多的关注。全功率变换器是保证永磁直驱风电系统并网电能质量的核心。目前随着风电系统单机容量不断增加,对全功率变换器耐压和功率等级要求也越来越高,但由于单个变换器低耐压等级、低开关频率很难满足目前发展趋势,而多重化多电平技术具有提高等效开关频率、减少谐波含量、增大电压等级的作用。本文采用三重线电压级联变换器作为网侧变换器应用在永磁直驱风电系统中,主要包括如下研究内容:首先,对单重两电平变换器的永磁直驱风电并网控制进行分析。建立了永磁同步风力发电机、两电平逆变器的数学模型、分析了SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空间矢量脉宽调制)技术原理;阐述了并网控制策略,包括电网电压定向控制、双闭环控制;利用MATLAB搭建单重两电平变换器的永磁直驱风电模型并进行仿真分析。验证了该并网控制策略能够稳定直流侧电压,实现单位功率因数运行,保持电网电压幅值频率稳定。为基于三重线电压级联变换器的永磁直驱风电的并网控制策略提供了基础。然后,对基于三重线电压级联变换器的永磁直驱风电进行理论分析。介绍了该模型的拓扑结构,推导了交流侧输出电路电压、电流、功率的数学关系式,建立了网侧变换器的整体等效开关电路数学模型;在控制策略上介绍了载波移相SVPWM调制技术、均压补偿控制及等效模型的双闭环控制策略。最后,通过MATLAB仿真软件,对基于三重线电压级联两电平电压源变换器的永磁风电和基于三重线电压级联二极管箝位型变换器的永磁风电进行仿真;根据仿真结果对基于网侧变换器(单重两电平变换器、三重线电压级联两电平变换器、三重线电压级联二极管箝位型变换器)的永磁直驱风电进行对比分析。结果表明:基于三重线电压级联变换器的永磁直驱风电不但能够稳定直流侧电压、电网电压幅值频率稳定,实现单位功率因数运行,并且具有交流侧输出电压电平数多、等效开关频率高、谐波含量少、输出电压和功率等级大等优势。 【关键词】：永磁直驱风电 三重线电压级联变换器 电压定向控制 载波移相SVPWM
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 永磁直驱风电系统全功率变换器的拓扑结构10-12
• 1.3 三重线电压级联变换器的研究现状12
• 1.4 主要研究内容12-14
• 2 单重两电平变换器的永磁直驱风电并网控制分析14-28
• 2.1 数学模型的建立14-20
• 2.1.1 永磁同步风力发电机数学模型14-16
• 2.1.2 基于两电平电压源变换器的网侧电路数学模型16-18
• 2.1.3 SVPWM调制技术原理18-20
• 2.2 网侧变换器的控制策略20-23
• 2.2.1 电压定向控制21-22
• 2.2.2 双闭环控制22-23
• 2.3 网侧变换器控制仿真与分析23-27
• 2.4 小结27-28
• 3 三重线电压级联变换器永磁直驱风电理论分析28-39
• 3.1 拓扑结构介绍28-29
• 3.2 数学模型分析29-34
• 3.2.1 输出电压方程29-30
• 3.2.2 输出电流方程30-31
• 3.2.3 输出功率方程31-32
• 3.2.4 整体等效开关电路数学模型32-34
• 3.3 控制策略34-38
• 3.3.1 载波移相SVPWM调制策略35-36
• 3.3.2 均压补偿控制36-37
• 3.3.3 等效模型的双闭环控制37-38
• 3.4 小结38-39
• 4 基于三重线电压级联变换器的永磁直驱风电MATLAB仿真39-51
• 4.1 基于三重LVC两电平变换器的永磁直驱风电MATLAB仿真39-43
• 4.1.1 MATLAB仿真模型39-40
• 4.1.2 仿真结果及分析40-43
• 4.2 基于三重LVC二极管箝位型变换器的永磁直驱风电MATLAB仿真43-50
• 4.2.1 二极管箝位型变换器的概述43-46
• 4.2.2 MATLAB仿真模型46-47
• 4.2.3 仿真结果及分析47-50
• 4.3 永磁直驱风电并网控制仿真结果对比分析50
• 4.4 小结50-51
• 结论51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 攻读学位期间的研究成果56

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