风电变流器网侧电压跌落分析及其控制策略的研究

【摘要】： 在研究国外知名风电变流器整机厂商的主流产品时,我们发现风电变流器在完成并网回馈电流等常规工作的同时也要具备故障运行能力。从目前的参考文献可以看出,国外的变流器研究热点已经从电网对称性故障的运行能力转向了不对称性故障的运行能力。风电变流器在国产化的过程中也必须要具有低电压穿越、不对称故障下运行的能力和动态无功、有功功率的调节能力。 本论文来源于1.5MW风电变流器的研制项目,主要研究内容是网侧数字化并网逆变器的开发。在项目开发的过程中完成了以下工作内容。 详细分析电压跌落以及网侧电压不对称对并网逆变器造成的影响之后,发现传统的锁相环电路(PLL)是基于三相平衡电压或者单相电压设计的,无法在电压不对称的情况下正常工作。在电网电压正序检测器设计过程中本文引入了一种对电压波形畸变和不对称不敏感的PLL电路,并且进行了仿真验证。仿真结果表明这种PLL电路对不平衡三相电压正序分量的频率和相位有很好的锁定能力。电网正序检测器中数字滤波器是一个重要环节,在设计低通滤波器过程中采用了MATLAB辅助设计的方式,取得了理想的效果。 对数字PWM逆变器两电平结构的数学模型进行了分析。为了使得并网变流器具有动态无功、有功功率的平滑调节能力,选用了有功电流、无功电流解耦的电流闭环控制结构。仿真结果表明,该种控制方式在电网电压对称情况下具有很好的输出波形和跟随能力,但是在电网不对称情况下输出电流波形发生畸变和不对称,不利于故障电网的恢复。为了解决上述问题,本文采用了抑制网侧负序电流分量的控制方案,仿真结果表明采用该方案后输出电流波形满足了正弦化及平衡化的要求。 在主电路拓扑结构的选择过程中,对多电平结构和两电平结构的优缺点分别进行了比较。与两电平结构相比,多电平结构具有输出电压波形畸变小和器件电压应力小等优点,所以本文选用三电平结构作为主拓扑结构。控制策略选用的是同相载波层叠调制,并且利用DSP的EPWM模块进行了数字化的实现。 采用数字化控制器必定会造成控制上的时间延迟和相位滞后,为了减小这一影响,本文采用了同步采样方式,有效地避免了采样过程中的数据混叠,减少了采样的时间延迟。 主控芯片采用的是TI公司的32位浮点芯片TMS320F28335。在进行硬件电路设计过程中详细介绍了采样部分的设计方法。采用这一方法后采样部分的精度和抗干扰能力得到了显著提高。 论文最后给出了样机实验结果,验证了所提出的控制策略的有效性,并且对所作的工作进行了总结和展望。 【关键词】：电压跌落 数字化PLL 电压不平衡 载波层叠调制 正负序分离
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46
【目录】：

• 目录4-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 风力发电在国内外的发展情况14-15
• 1.2 直驱型风力发电机组研究现状15-16
• 1.3 直驱型风力变流器机组中网侧逆变器的研究16-18
• 1.4 国内外风电变流器的研究热点18-19
• 1.5 电网电压跌落和不对称对风力发电系统的影响19-20
• 1.6 课题研究的主要内容20-21
• 第二章 网侧电压跌落检测和电压正序检测器设计21-42
• 2.1 网侧电压分析方法研究21-27
• 2.1.1 电压跌落检测21-25
• 2.1.2 电压正负序分离25-27
• 2.2 电网不平衡时基波正序电压检测器设计27-38
• 2.2.1 电网不平衡时的电压特性27-29
• 2.2.2 电网不平衡时常规电压正负序分离方法29-31
• 2.2.3 基波正序电压检测方法选择31-32
• 2.2.4 不平衡电路数字锁相环设计32-34
• 2.2.5 数字低通滤波器的选择34-35
• 2.2.6 MATLAB数字滤波器的设计35-38
• 2.3 正序电压检测器MATLAB仿真38-41
• 2.3.1 数字PLL仿真实验38-40
• 2.3.2 巴特沃思低通滤波器仿真实验40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 数字PWM逆变器控制策略研究42-60
• 3.1 电压型全控桥式逆变电路结构42-49
• 3.1.1 三相电压型逆变器(Voltage Source Inverter-VSI)一般数学模型42-45
• 3.1.2 三相电压型逆变器dq模型45-47
• 3.1.3 电流控制方式设计47-49
• 3.2 电网不平衡情况下PWM逆变器控制策略49-52
• 3.2.1 基于两相静止坐标系下的数学模型49-50
• 3.2.2 交流侧电流控制算法50-52
• 3.3 电路拓扑结构选择及调制方式52-55
• 3.3.1 VSR型逆变器三电平结构分析52-53
• 3.3.2 多载波PWM技术的数字实现53-55
• 3.4 VSR逆变器控制系统及调制方式仿真55-58
• 3.4.1 传统双闭环控制仿真55-56
• 3.4.2 电压跌落不平衡状态下控制策略仿真56-57
• 3.4.3 三电平调制方式仿真57-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 数字控制器主控软硬件设计及实验结果60-73
• 4.1 主控硬件电路设计60-65
• 4.1.1 数字控制网侧变流器总体电路结构60
• 4.1.2 主控芯片选型及介绍60-62
• 4.1.3 主控板部分硬件电路设计62-65
• 4.2 软件设计65-71
• 4.2.1 同步采样法软件设计原理65-67
• 4.2.2 软件主程序设计67-69
• 4.2.3 ADC中断及低通滤波器程序设计69-71
• 4.3 实验与结果分析71-73
• 第五章 结论以及展望73-75
• 5.1 结论73
• 5.2 展望73-75
• 附录75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 学位论文评阅及答辩情况表83

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

PWM整流器的控制器工程化设计方法    熊健,张凯,陈坚

一种新的准固定频率滞环PWM电流控制方法    杨旭,王兆安

级联式多电平变频器优化控制算法的研究    葛照强;黄守道;周凌;

三相电压型整流器的LCL型滤波器分析与设计    张宪平;李亚西;潘磊;赵斌;许洪华;

大容量多电平变换器PWM控制技术现状及进展    李永东,高跃,候轩

正弦滞环电流控制可逆变流器    张书军;魏克新;

基于小波变换检测谐波的新方法    杨桦,任震,唐卓尧

电压凹陷特征量检测算法研究    肖湘宁,徐永海,刘昊

级联多电平高压变频器脉宽调制方法的分析    关振宏,孙晓玲,黄济荣

基于小波变换模极大值的电能质量扰动检测与定位    胡铭,陈珩

级联型相移载波SPWM逆变器的研究    朱军卫

电压型PWM整流器（VSR）不平衡控制策略研究    季建强

不对称电网故障下PWM整流器的控制策略的研究    何鸣明

三相电压型PWM整流器不平衡控制方法研究    任亮

无功补偿电容器容量计算及放电器的配置    赵庆华,吴琦

SVC技术在电弧炉负荷变电站中应用设计    宋超;

一种SVC试验装置的设计    刘凯峰;郑常宝;

几种无功补偿技术的分析和比较    杨孝志;

有源电力滤波器谐波电流检测研究及仿真    柯勇;钱峰;

与建筑相结合的光伏并网发电示范电站    张艳红;张兴;林闽;吕绍勤;张崇巍;

基于MATLAB的语音信号数字滤波处理    周玲;

基于EXB841的IGBT驱动保护电路的设计    朱连成;王琳;宁春明;刁嫣妲;

三相电压型SVG的直接电流控制方法及仿真    刘磊;王仲初;胡洋;

基于LabVIEW的虚拟数字滤波器的设计    丁硕;

一种新型电动汽车智能充电机的研制    胡春雨;李武峰;严辉;

中高压变频器的分类和比较    徐甫荣;

基于积分滑模控制的三电平Buck变换器    黄悦华;

PWM整流器直接功率控制的新型调制策略    郑征;王聪;赵焕;

平衡单相负荷的补偿容量优化控制的SVC控制系统研究    丁仁杰;曹政;樊淼;

无源滤波器优化方法研究    任明炜;孙玉坤;饶翔;

Direct Power Control of Voltage Source Rectifier    

采用电流内模解耦和电压二自由度内模控制的PWM整流器    周渊深;

PWM整流器新型控制策略研究    郑征;邹瑾;

Unified Model for Coordinated Control of Permanent Magnet Synchronous Wind Generator System    

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用    杨金辉

基于S变换的电能质量扰动分析    易吉良

SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算    刘杨华

多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究    蔡凯

多绕组变压器式可调电抗的研究与应用    田军

电能质量扰动相关问题研究    张明

无线电侦测中的阵列处理算法研究    覃岭

基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究    杨波

电力谐波和间谐波参数估计算法研究    陈国志

基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究    杨亮

继电保护测试仪检定装置的研究与实现    王磊

基于DSP的三相四线制有源电力滤波器的研究    张云波

基于ATT7022B的三相多用户电能表研究    衡泽超

基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究    高圆圆

隔离四通道数字存储示波器的设计与研究    毕博

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

三相四线制并联型有源电力滤波器的研究    徐坤山

阻抗源能馈型交流电子负载的研究    董云连

基于ATMEGA64的磁阀式可控电抗器的控制研究    李宜娟

PWM整流器的控制器工程化设计方法    熊健,张凯,陈坚

电压型PWM整流器直接功率控制技术    王久和,李华德,李正熙

三相电路瞬时无功功率理论的研究    王兆安;李民;卓放;

三相高功率因数整流器的电流控制    杨德刚,刘润生,赵良炳

电流型组合变流器相移SPWM技术的数学分析    王长永,金陶涛,张仲超

逆变电源并联技术    陈宏,胡育文

永磁同步电机风力发电系统的自寻优控制    闫耀民,范瑜,汪至中

一种新的准固定频率滞环PWM电流控制方法    杨旭,王兆安

采用电流滞环调节器的电压矢量控制PWM整流器系统    赵振波,李和明,董淑惠

变速恒频风力发电机用交流励磁电源的研究    赵仁德,贺益康,黄科元,卞松江

PWM整流器及其控制策略的研究    张兴

变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究    赵仁德

三相PWM整流器的研究    徐小品

电压型PWM整流器（VSR）不平衡控制策略研究    季建强

三相PWM整流器及其控制策略研究    何圣仲

电网电压不平衡时三相PWM整流器控制策略的研究    续艳珍

用于磁浮供电的PWM整流器多重化运行研究    陆书文

具有有源缓冲电路的软开关脉宽调制式变流器    周令琛

基于HT46RU22单片机市网并联太阳能发电系统设计    杨一平;穆亚辉;杨富营;

超导磁储能装置中的变流器的实验规程研究    黄劲;熊蕊;邹云屏;唐跃进;

对引进西德SIMOREG—K小型变流器的评价    朱传玺;

1000kW交直交系统变流器设计主要问题分析    吴茂杉

晶闸管变流装置的故障监视新方法    王清灵;刘峻;

交流传动系统功率变换器发展概况综述    严青;张晓光;万淑芸;王离九;

一种新型高功率因数变流器研究    文元美!广州510643,康勇!武汉430074,詹长江!武汉430074,陈坚!武汉430074

O'ZBEKISTON型机车辅助电路设计    颜罡

大功率有源滤波器的并联变流器电路    M.Basu,王涛

三相单位功率因数变流器滑模变结构控制    郑颖楠;傅诚;杨晓波;

基于IGBT的磁悬浮列车车载变流器散热器的设计    池浦田;李崇坚;朱春毅;唐磊;兰志明;

ABB ACS800系列和Siemens 6SE70系列工程型变流器的比较研究    朱安远;

基于恒频脉宽调制及多谐振技术的桥式零电流开关变流器    高潮;廖晓峰;

十二状态法晶闸管变流器快速数字仿真    景武;

一种新型的零电压开关双向DC-DC变换电源    孙频东;

基于预测控制技术的多电平Boost型功率因数校正开关变流器——分析，设计及电路实验    高潮;

HX_D3型交流传动电力机车试验    王立民;刘会岩;

整流装置保护元件的配置与选用    葛秋林;

基于ADS8365高速同步采样在变流装置中的应用    曹建文;

国内首套1兆瓦再生制动回馈变流器成功投运    记者 贾耀钟　通讯员 朱选杰

“训风”领域试比高    刘一丹

金风科技引进变流器模块技术    本报记者 李瞧

突破电网适应性瓶颈国内首台5兆瓦风电变流器亮相    本报记者 马亮

国电1.5兆瓦风机变流器在保下线    记者 谢辉

IR新型变流器用芯片组投放市场    文宇

江苏大全研发2兆瓦风电变流器    胡圣海

本地化进程加速 Converteam携5兆瓦变流器抢滩中国    本报记者 马亮

株洲所完成一国家863项目    通讯员 雷新安

大全2兆瓦级永磁直驱风力发电变流器通过鉴定    通讯员 胡圣海

低速永磁直驱风力发电变流器若干关键技术研究    杨恩星

双馈风力发电系统中双变流器优化联合控制    贾俊川

永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现    张洪阳

兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究    李渊

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制    汪令祥

基于LCL滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术研究    仇志凌

DC-DC变流器的柔性变拓扑研究    陈威

大容量双馈式风力发电系统并网关键问题研究    周宏林

双馈风力发电系统变流器控制的相关研究    战亮宇

小功率DC/DC变流器模块标准化若干关键问题研究    谢小高

风电变流器网侧电压跌落分析及其控制策略的研究    任其广

直驱同步风力发电变流器控制研究    刘继宗

双馈式风力发电系统网侧变流器的控制研究    张宇锟

风力发电机组变流器技术的研究    侯李祥

小型单相并网风力发电变流器的研究    冯其塔

牵引变流器故障诊断的研究    刘玲

非互补有源箝位反激变流器的研究    黄秀成

风力发电并网侧T型滤波器的设计及控制策略研究    邢介宇

基于DSP永磁风力发电机侧变流器的研究    范长宝

基于DSP2812高温超导储能变流器控制策略的研究    杨斌