风电变流器中多单元并联的关键技术研究

【摘要】：随着环境保护和能源需求的日益突出,风力发电已经成为最具有商业化发展的新兴产业,有可能成为未来最重要的替代能源。风力发电技术越来越成为各国学者研究的热点,海上风力发电以其自身的特点将成为未来风电发展的重点。变流器是风力发电的核心技术之一,随着风力发电单机容量不断增大,如何在低电压(690V)下实现大功率变流器已成为一个亟待解决的问题。采用变流器并联技术具有可有效提高功率等级,增加系统可靠性和效率,减少成本和电压、电流纹波,且易于模块化设计和系统配置,灵活性更强等优点,在大功率场合有广泛的应用前景。 但由于并联变流器器件参数、开关动作以及控制参数的不一致性等都会产生环流,环流的存在会增加开关管的应力,迫使变流器降低功率等级运行,严重时会造成变流器过流故障。因此,变流器并联的控制目标就是实现各单台变流器输出电压的频率、幅值和相位的一致性,最终实现各变流器单元对负载电流的均分。目前,国内外对单相UPS的并联研究较多,而对于大功率三相风电变流器的并联研究较少。因此,本课题具有重要的现实意义。 本文首先概括地介绍了国内外风电的发展现状及趋势,然后对几种目前流行的变流器并联方式进行了探讨。接着介绍了三相并网变流器的控制策略,给出了环流的一般性定义,并提出了用于评价环流含量大小的环流百分比(CCP)的概念,在建立变流器多单元并联系统环流数学模型的基础上,分析了环流产生的原因,并指出了集中控制与分布式控制方式下环流特性的差异。本文针对分布式控制结构对零序环流的控制策略进行了理论分析与仿真研究,根据前馈控制理论,提出了一种基于环流前馈补偿的环流控制策略,设计了控制器硬件电路、控制软件,基于RT-LAB对控制器进行了半实物仿真实验。实验结果表明,所提出的环流控制策略能有效抑制直流和低频环流。 【关键词】：风力发电 变流器 多单元并联 环流 前馈补偿 RT-LAB
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 国内外风电发展现状与趋势9-14
• 1.1.1 国外风电发展现状9-11
• 1.1.2 国内风电发展现状11-13
• 1.1.3 国内外风电发展趋势13-14
• 1.2 本课题研究的意义14-15
• 1.2.1 课题来源14
• 1.2.2 课题的国内外研究现状14-15
• 1.2.3 发展趋势15
• 1.3 本文研究的主要内容15-17
• 第二章 变流器主回路并联扩容拓扑结构分析17-26
• 2.1 功率器件并联17-18
• 2.2 单个桥臂并联18-20
• 2.3 共电抗器三相桥并联20-22
• 2.4 共直流母线三相变流器多单元并联22-24
• 2.5 独立直流母线三相变流器多单元并联24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 共直流母线变流器多单元并联的控制策略研究26-58
• 3.1 三相并网变流器的控制策略26-29
• 3.2 变流器多单元并联的环流特性分析29-35
• 3.2.1 环流的定义29-32
• 3.2.2 环流特性分析32-35
• 3.3 变流器多单元并联的环流控制策略35-43
• 3.3.1 基于零轴电流反馈控制的零序环流控制策略35-36
• 3.3.2 基于改进型SVPWM 的零序环流控制策略36-37
• 3.3.3 基于零矢量分配的零序环流控制策略37-41
• 3.3.4 基于零序电压补偿（ZSVC）的零序环流控制策略41-42
• 3.3.5 基于环流前馈补偿（CCFC）的环流控制策略42-43
• 3.4 变流器多单元并联的仿真分析43-57
• 3.4.1 系统仿真建模43-46
• 3.4.2 仿真结果及分析46-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 控制系统软硬件设计58-70
• 4.1 控制系统硬件设计58-59
• 4.2 控制系统软件设计59-69
• 4.2.1 软件控制流程图59-62
• 4.2.2 基本算法的数字实现62-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 硬件在环实验研究70-86
• 5.1 控制器与RT-LAB 接口70-71
• 5.2 3MW 背靠背全功率变流器的实验结果及分析71-75
• 5.2.1 网侧变流器实验72-73
• 5.2.2 机侧变流器实验73-74
• 5.2.3 联合调试实验74-75
• 5.3 网侧变流单元并联实验结果及分析75-85
• 5.3.1 无环流控制时的实验结果77-80
• 5.3.2 加入环流控制后的实验结果80-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 全文总结86
• 6.2 对后续工作的展望86-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 攻读学位期间发表的学术论文目录92-95
• 附件95

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