中壓三電平全功率風電變流器關鍵技術研究.pdf

1、在海上風力發(fā)電系統(tǒng)中，單機5MW及以上大功率直驅(qū)風電機組逐漸成為主流機型。其中，中壓技術路線由于具有低損耗、高效率、小體積、便于安裝運維等優(yōu)點，是該功率等級風電機組的最優(yōu)選擇。本文以國家“十二五”科技支撐項目為依托，對中壓直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)中的中壓三電平全功率風電變流器及其關鍵技術展開了研究，涉及了脈寬調(diào)制策略、濾波器優(yōu)化設計、模塊化并聯(lián)技術、故障穿越控制策略、功率單元若干問題討論以及工程實踐和實驗研究。論文的主要研究工作與創(chuàng)新如下:

2、r>　　1)針對網(wǎng)側變流器中開關頻率低造成的諧波難以濾除且動穩(wěn)態(tài)控制性能不佳問題，采用DWPM策略提高其載波頻率，對比分析了六種三電平DPWM的優(yōu)缺點，選擇綜合性能最優(yōu)的DPWMA作為調(diào)制策略，給出了其基于載波的實現(xiàn)方式，并討論了其中點電位波動問題;針對機側變流器共模電壓及中點平衡控制需求，采用無小矢量參與的LMZVM策略，并研究了一種基于增加相鄰小共模電壓矢量的中點平衡控制方法及其載波實現(xiàn)方式;進一步的，針對常規(guī)DPWM不具有主動中點

3、平衡控制能力且只適用于單一工況的問題，提出了一種具有中點平衡能力的優(yōu)化損耗三電平通用載波DPWM策略，在保證中點電位位于給定閥值之內(nèi)的前提下，盡可能的優(yōu)化開關損耗。
　　2)概述并對比分析了典型網(wǎng)側高階濾波器;針對改進DPWMA輸出諧波更加集中于第一載波帶的特點，配合使用LLCL濾波器拓撲以增強高頻諧波的衰減率，減小濾波器的體積;為了改善LLCL濾波器對系統(tǒng)穩(wěn)定性的不良影響，對兩種簡單無源阻尼方案進行了對比，并提出一種改進阻尼方案

4、，在有效提高載波頻率處諧波衰減能力的同時，確保諧振抑制能力且能顯著降低阻尼電阻損耗;在詳細分析DPWMA橋臂電流紋波基礎上，給出了所提濾波器的參數(shù)設計原則及其詳細流程;此外，也給出了直流支撐電容、機側LRC濾波器的參數(shù)設計原則。
　　3)分類并比較了三電平風電變流器并聯(lián)的基本拓撲及控制方案，且對零序環(huán)流進行了建模與分析;針對分布式控制并聯(lián)方案，采用即時采樣PR閉環(huán)控制以抑制低頻零序環(huán)流，并給出了兩種直流母線并聯(lián)方式下的控制方案，探

5、討了該方案在中壓大功率變流器中應用的問題;針對集中式控制并聯(lián)方案，引入EtherCAT通訊技術，提出一種基于EtherCAT的變流器并聯(lián)系統(tǒng)，極大的提高了主從站間的傳輸速率及可靠性，并能精確保證載波信號同步，增強了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)的可擴展性;進一步的，將過采樣控制技術引入大功率風電變流器控制系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)的控制帶寬并保證系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定裕度。
　　4)在對故障穿越下直流過電壓、網(wǎng)側變流器可控性以及三電平中點電位波動問題的分析基

6、礎下，研究了故障穿越時直流過電壓抑制、變直流電壓控制以及基于零電平消除的中點平衡控制方法，并給出了適用于全電網(wǎng)變化條件下的故障穿越整體控制策略，有效提高了中壓三電平風電變流器的故障穿越能力。
　　5)分析了三電平SPWM數(shù)字實現(xiàn)時的窄脈沖問題、脈沖丟失問題以及PWM脈沖的啟停邏輯，并給出了解決方法;針對NPC型三電平變流器內(nèi)外管不均壓問題，依據(jù)實際運行工況全面詳細分析了該問題的機理，并提出一種簡單可行的解決方案，有效抑制了各種工況