直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多重化功率變換器運(yùn)行控制.pdf

1、直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多重化多重化功率變換器運(yùn)行控制功率變換器運(yùn)行控制OperationControlofMultiplePowerConvertersfDirectDrivenPMSGbasedWindEnergyConversionSystem（國家自然科學(xué)基金50777044資助）（國家杰出青年科學(xué)基金50825701資助）一級學(xué)科：電氣工程學(xué)科專業(yè)：電機(jī)與電器研究生：王志強(qiáng)指導(dǎo)教師：夏長亮教授史婷娜副教授天

2、津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一二年五月摘要隨著直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率等級的不斷提升，采用傳統(tǒng)的功率器件以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的功率變換器，已難以滿足大功率永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的需求，這也成為制約風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要原因之一。多重化技術(shù)是一種將原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過并聯(lián)、串聯(lián)或者級聯(lián)等方式重構(gòu)出新的變換器拓?fù)湫问剑瑥亩档蛦蝹€(gè)電路單元所承擔(dān)的傳輸功率，提高系統(tǒng)整體的功率等級的變流技術(shù)。本文從電機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)兩個(gè)方面入手，針對多重化變換器拓?fù)浣Y(jié)

3、構(gòu)與控制策略進(jìn)行了重點(diǎn)分析與研究。由二極管整流單元與Boost斬波電路組成的ACDC變換器，因其具有成本低、可靠性高、控制簡單等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。本文首先分析了該結(jié)構(gòu)作為電機(jī)側(cè)變換器時(shí)的運(yùn)行特點(diǎn)。由分析可知，由于二極管整流單元的存在導(dǎo)致定子電流發(fā)生畸變，且受Boost斬波變換器電路結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍較窄。因此，本文結(jié)合多脈波整流技術(shù)，利用其可提供多個(gè)獨(dú)立直流電源的特點(diǎn)，提出一種級聯(lián)方式可切換型Boost

4、變換器。該變換器與傳統(tǒng)的采用固定方式連接構(gòu)成的多重化Boost斬波變換器相比，不僅降低了單個(gè)電路單元傳輸功率的等級，而且可以通過改變整體變換器的運(yùn)行模式，擴(kuò)展了調(diào)速范圍。文中詳細(xì)分析了該變換器的數(shù)學(xué)模型與運(yùn)行原理，給出了保證系統(tǒng)調(diào)速范圍連續(xù)性的限定條件，提出了一種適用于該變換器的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略，并將其應(yīng)用于一臺永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，采用該電路作為永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電機(jī)側(cè)變換器時(shí)可有效擴(kuò)展調(diào)速范圍。本文介紹了一種

5、以傳統(tǒng)兩電平PWM變換器為單元，通過線電壓級聯(lián)方式構(gòu)成的多重化功率變換器作為直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)變換器。由于實(shí)際的風(fēng)電系統(tǒng)可提供的獨(dú)立直流電源數(shù)量有限，文中以三重化線電壓級聯(lián)型變換器作為主要研究對象。文中首先提出了一種適用于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的載波移相空間矢量PWM調(diào)制方法。由于多重化功率變換器是由多個(gè)單元組合而成，若針對每個(gè)單元獨(dú)立控制則不僅增加了系統(tǒng)硬件成本和算法的復(fù)雜程度，而且不易于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。因此，本文從多重化變換器的外電路特