永磁直驅(qū)潮流發(fā)電變流器控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對(duì)電能的需求量迅速增長,利用傳統(tǒng)的化石能源(如煤、石油、天然氣等)發(fā)電不僅污染環(huán)境而且資源有限。潮流能作為一種無污染、可再生且蘊(yùn)藏豐富的新型能源受到越來越多的重視。變流器是永磁直驅(qū)潮流能發(fā)電裝置的關(guān)鍵設(shè)備,其性能直接關(guān)系到整個(gè)發(fā)電裝置的性能。本文對(duì)永磁直驅(qū)潮流能發(fā)電裝置中變流器的控制技術(shù)進(jìn)行研究。
　　由于潮流能發(fā)電裝置所處環(huán)境惡劣,轉(zhuǎn)子位置傳感器不僅安裝困難而且增加成本并降低裝置可靠性。針對(duì)此問題,本文

2、對(duì)無位置傳感器永磁同步發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)進(jìn)行了研究。首先建立和分析了永磁同步發(fā)電機(jī)模型,分析和研究了基于鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法和基于狀態(tài)觀測器的反電勢估計(jì)方法,并分別給出了基于兩種估計(jì)方法的永磁同步發(fā)電機(jī)無位置傳感器的控制策略。本文提出了一種基于比例諧振控制器的發(fā)電機(jī)反電勢估計(jì)方法。
　　隨著潮流能發(fā)電裝置容量的提高,變流器采用并聯(lián)技術(shù)是一種提高系統(tǒng)容量和系統(tǒng)可靠性、降低開發(fā)成本的有效手段。潮流能發(fā)電變流器并聯(lián)分為共直流母線并聯(lián)和

3、獨(dú)立直流母線并聯(lián)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),針對(duì)這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別建立了變流器并聯(lián)平均值模型。變流器零序環(huán)流降低裝置效率、導(dǎo)致輸出電流畸變甚至導(dǎo)致裝置不穩(wěn)定。通過分析變流器并聯(lián)平均值模型,獲得了零序環(huán)流平均值模型。為了改進(jìn)抑制零序環(huán)流效果,首先分析了PWM死區(qū)時(shí)間、開關(guān)管管壓降和PWM方法對(duì)輸出零序電壓的影響。通過分析變流器零序輸出阻抗,提出了基于虛擬阻抗技術(shù)的零序環(huán)流抑制方法,該方法通過提高零序阻抗來抑制零序環(huán)流,并針對(duì)零序電壓為周期性信號(hào)的特性著

4、重提高了部分諧波頻率處的阻抗來改善零序環(huán)流抑制效果。通過建立和分析零序環(huán)流閉環(huán)控制模型可知,零序調(diào)制電壓為主要干擾。針對(duì)零序調(diào)制電壓為三倍于基波頻率的周期性信號(hào)的特點(diǎn),提出一種基于快速重復(fù)控制的零序環(huán)流抑制方法,與傳統(tǒng)重復(fù)控制相比該方法具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
　　當(dāng)潮流能發(fā)電裝置工作于孤島模式時(shí),需要網(wǎng)側(cè)變流器提供三相四線制電源,三相四橋臂變流器具備該能力,所以針對(duì)該變流器控制技術(shù)進(jìn)行了研究。本文提出一種三相四橋臂PWM方法,該方

5、法具有直流電壓利用率高、計(jì)算量小的突出優(yōu)點(diǎn)。該方法將參考電壓分為差模分量和共模分量兩部分。差模分量用于abc相橋臂實(shí)現(xiàn)SVPWM;abc相調(diào)制電壓的共模分量與參考電壓的共模分量的差值作為第四橋臂d相的調(diào)制波。通過理論分析證明了采用該調(diào)制方法的四相橋臂輸出電壓平均值與參考電壓相同。本文建立和分析了三相四橋臂變流器基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的平均值模型,通過在控制器中增加電壓和電流前饋實(shí)現(xiàn)d軸和q軸的解耦控制,解耦后三相四橋臂變流器相當(dāng)于三套獨(dú)立的

6、直流變流器。通過分析同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下負(fù)載電流的特性,提出控制器采用PI控制器和諧振控制器并聯(lián)的控制策略。
　　變流器采用LCL型濾波器可以降低裝置重量和成本,所以首先對(duì)LCL型濾波器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,然后針對(duì)LCL型濾波器固有的諧振問題進(jìn)行了研究。本文從電壓降、諧波抑制、無功比例、功耗、響應(yīng)速度等方面分析了LCL型濾波器參數(shù)的限制條件。通過分析諧波頻率處電壓和電流分量的關(guān)系以及限制條件提出了一種LCL型濾波器設(shè)計(jì)方法,并分析了各個(gè)元器