高可用度長壽命并聯(lián)型風(fēng)電變流器研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源短缺日益嚴(yán)重，風(fēng)能作為常見的可再生潔凈能源，在近年來得到了充分的開發(fā)和廣泛的應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在世界范圍內(nèi)得到了巨大的發(fā)展。隨著陸上資源的開發(fā)，可再開發(fā)的風(fēng)能資源有限，與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場具有風(fēng)資源持續(xù)穩(wěn)定、風(fēng)速高、發(fā)電量大、不占用土地資源、環(huán)境噪音和視覺影響小等特點(diǎn)，因此，海上風(fēng)電已成為未來風(fēng)電發(fā)展的重要選擇。然而海上風(fēng)電機(jī)組容量大、工作環(huán)境惡劣、維修困難等特點(diǎn)，在可靠性方面對(duì)機(jī)組提出了更高的要求，變流器是

2、風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)高可靠性的變流器至關(guān)重要。由于鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的高可靠性、強(qiáng)魯棒性，同時(shí)全功率變流器解耦電機(jī)與電網(wǎng)，在一定程度上解耦機(jī)械傳動(dòng)部分和電網(wǎng)的交互，有利于提高機(jī)械部分的可靠性。本文將立足于鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Squirrel Cage InductionGenerator，SCIG)的全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組展開研究?；谠摍C(jī)組類型，研究面向高可靠性的風(fēng)電變流器拓?fù)?、調(diào)制以及控制策略。本文的主要工作:
　　1)基于半導(dǎo)體器件

3、物理失效機(jī)理的可靠性評(píng)估方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電變流器的可靠性進(jìn)行評(píng)估。量化分析風(fēng)能的波動(dòng)性和間歇性對(duì)變流器的故障率以及壽命的影響，為提升風(fēng)電變流器設(shè)計(jì)的可靠性提供理論依據(jù)。
　　2)基于高可用度的設(shè)計(jì)，提出具有冗余功能的系統(tǒng)級(jí)并聯(lián)風(fēng)電變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性評(píng)估，并提出經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的N+X并聯(lián)型風(fēng)電變流器冗余設(shè)計(jì)方法。針對(duì)并聯(lián)型這種復(fù)雜大規(guī)模電力電子裝置有提出了高可靠的分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)研究并聯(lián)型風(fēng)電變流器的運(yùn)行

4、、控制與保護(hù)控制策略，實(shí)現(xiàn)變流器故障重構(gòu)后風(fēng)電機(jī)組限功率再運(yùn)行。
　　3)從降低功率器件平均結(jié)溫可以延長變流器壽命的可靠性機(jī)理出發(fā)，提出基于DPWM的交錯(cuò)并聯(lián)調(diào)制方式，最大化地減小功率開關(guān)損耗，從而降低其平均結(jié)溫，提高變流器的可靠性。本文又分析了采用基于DPWM的交錯(cuò)并聯(lián)方式而引起的諧波偏大以及零序環(huán)流問題，針對(duì)新出現(xiàn)的問題提出優(yōu)化調(diào)制與控制策略，從而在保證風(fēng)電變流器性能的情況下，火幅提高變流器的可靠運(yùn)行能力。
　　4)提出

5、了并聯(lián)型變流器中子系統(tǒng)間無功環(huán)流和正交環(huán)流的熱控制技術(shù)，研究了風(fēng)電變流器兩種基于熱控制的狀態(tài)控制方法。首先從平滑功率器件結(jié)溫波動(dòng)可以延長變流器壽命的可靠性機(jī)理出發(fā)，以平滑結(jié)溫波動(dòng)為目標(biāo)，提出了基于環(huán)流熱控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)溫波動(dòng)平滑控制。再次針對(duì)由于風(fēng)能的突降將造成柜內(nèi)凝露現(xiàn)象，通過減緩結(jié)溫下降速度為目標(biāo)的基于環(huán)流熱控制技術(shù)，可以防止凝露現(xiàn)象，從而降低變流器的故障率，亦提升了變流器的可靠性。
　　本文對(duì)上述提出的控制策略及調(diào)制方法進(jìn)行了