海上風(fēng)力發(fā)電用多電平中壓變流器的研究.pdf

1、風(fēng)電行業(yè)在發(fā)展中表現(xiàn)出單機(jī)功率不斷提升、發(fā)展海上風(fēng)場(chǎng)、直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組后來(lái)居上等特點(diǎn)。海上永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為以上趨勢(shì)的產(chǎn)物，將會(huì)成為未來(lái)風(fēng)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)兩電平“背靠背”變流器如果直接用于海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)器件承受的電壓、電流應(yīng)力大;du/dt過(guò)大;電磁干擾強(qiáng)等一系列問(wèn)題。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中單個(gè)開(kāi)關(guān)器件承壓小，輸出波形更接近正弦，多電平變流器可以很好地滿足大功率中壓系統(tǒng)的要求。
　　 本文以適用于大功率海上風(fēng)

2、力發(fā)電系統(tǒng)的多電平中壓變流器為研究目標(biāo)，進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇和研究。
　　 通過(guò)廣泛閱讀了解各種多電平結(jié)構(gòu)在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用情況。經(jīng)過(guò)對(duì)比和分析，將多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與多相電機(jī)相結(jié)合，提出了“六相永磁同步發(fā)電機(jī)+雙母線三電平PWM變流器”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。使用多相電機(jī)可以提升單機(jī)功率，符合風(fēng)力發(fā)電單機(jī)大型化趨勢(shì)。雙母線制上的每套變流器只分擔(dān)系統(tǒng)一半的功率，降低了對(duì)變流器容量的要求。三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅降低了中壓系統(tǒng)對(duì)單個(gè)開(kāi)關(guān)器件的電壓應(yīng)力，在相

3、同開(kāi)關(guān)頻率下比兩電平變流器輸出電壓電流畸變率更小，相應(yīng)的系統(tǒng)濾波器容量減小。
　　 考慮到所選雙母線變流器機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)部分均為三電平PWM整流器，本文建立了三電平PWM整流器在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)研究了三相三電平變換電路調(diào)制方式和中點(diǎn)電位偏移控制方案。在對(duì)比分析后選擇了三電平SVPWM作為調(diào)制方式，并通過(guò)調(diào)整正負(fù)小矢量作用時(shí)間有效控制中點(diǎn)電位平衡。SVPWM易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)，且直流母線電壓利用率高。選用的中點(diǎn)電位控制方案不

4、增加硬件成本，算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
　　 為所提出的多電平中壓變流器選擇合適的控制策略，網(wǎng)側(cè)變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，并采用LCL濾波器;機(jī)側(cè)變流器通過(guò)建立的六相電機(jī)單繞組等效模型，將對(duì)六相風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矢量控制等效為對(duì)三相永磁同步電機(jī)的控制。在Matlab中建立了整個(gè)系統(tǒng)模型以驗(yàn)證所提出方案的可行性和正確性。
　　 本文還針對(duì)5MW海上風(fēng)電變流器進(jìn)行了主電路器件選取和參數(shù)設(shè)計(jì)，使研究具有一定的實(shí)用價(jià)值和工程指