大功率風電并網(wǎng)變流器拓撲及其控制策略研究.pdf

1、風能是一種清潔的永續(xù)能源,風力發(fā)電不依賴外部能源,沒有燃料價格風險,也沒有碳排放等環(huán)境成本,此外可利用的風能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。正是因為有這些獨特的優(yōu)勢,風力發(fā)電逐漸成為許多國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分,發(fā)展迅速。我國具有豐富的風力資源風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有良好的資源基礎(chǔ),我國政府將風力發(fā)電作為改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對氣候變化和能源安全問題的主要替代能源技術(shù)之一,給予了有力的扶持。我國風電市場的擴大,直接促進了國產(chǎn)風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2、　　 作為風力所發(fā)的電能回饋至電網(wǎng)的唯一通路的變流器來說,電力電子變流技術(shù)在風力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用,對于現(xiàn)有的變流器來說一般是通過器件串并聯(lián)、多電平、兩個或三個變流器并聯(lián)、多重化、多電平結(jié)合多重化、級聯(lián)H橋多電平、級聯(lián)二極管箝位等來實現(xiàn)大功率。本文通過分析比較這些適用于大功率場合的變流器拓撲的各種優(yōu)缺點,針對直驅(qū)型風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的特點,提出了適用于該系統(tǒng)的變流器拓撲結(jié)構(gòu),即采用背靠背型拓撲結(jié)構(gòu),并在這基礎(chǔ)上分析了兩

3、電平和三電平變流器的工作原理和數(shù)學模型,并進行比較,得出采用三電平結(jié)構(gòu)的變流器其PWM控制的目標多而且對性能指標要求的實現(xiàn)也很高,更好地達到了并網(wǎng)的要求,即實現(xiàn)對輸出電壓的控制和變流器運行狀態(tài)控制,包括改善輸出電壓波形和電流波形、直流分壓電容的電壓平衡控制、輸出諧波控制、器件損耗控制和功率器件的輸出功率平衡控制等。
　　 由于PWM技術(shù)導致變流器的網(wǎng)側(cè)輸出電流中包含有開關(guān)頻率的高階電流諧波,為減少并網(wǎng)變流器注入電網(wǎng)的電流諧波,通

4、常在并網(wǎng)變流器的橋臂與電網(wǎng)之間串聯(lián)濾波器以降低輸出電流中的諧波含量。本文主要對L型、Γ型、T型濾波器進行分析比較,最后采用T型濾波器,并對該濾波器進行參數(shù)設(shè)計。
　　 在確定所采用的風力發(fā)電并網(wǎng)變流器的拓撲結(jié)構(gòu)后,接著本文對變流器的控制策略進行了分析,綜合分析了常規(guī)SVPWM算法控制、60°坐標系下的SVPWM算法控制、直接功率控制策略這三種控制策略的原理及優(yōu)缺點,提出一種基于只與開關(guān)頻率相關(guān)的預(yù)測電流控制所形成的調(diào)制波來替換常

5、規(guī)的正弦波進行載波相移調(diào)制,該策略能夠彌補三電平變流器直流側(cè)電容電壓不平衡的先天性缺陷,而且在預(yù)測電流控制下的系統(tǒng)有快速的動態(tài)響應(yīng),特別易于數(shù)字化實現(xiàn),而且載波相移SVPWM技術(shù)能提高裝置的容量、提高裝置的傳輸信號帶寬及減少輸出諧波,也就是說,可以在較低的開關(guān)頻率下實現(xiàn)較高的開關(guān)頻率效果。
　　 為驗證本文所提出的變流器拓撲及控制策略的有效性,利用MATLAB的SIMULINK工具箱,根據(jù)變流器控制系統(tǒng)的工作原理,建立了仿真模型