直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全功率并網(wǎng)變流技術(shù)的研究.pdf

1、直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組因其具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、并網(wǎng)功率控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，成為了繼雙饋型風(fēng)電機(jī)組之后風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。然而，對(duì)于目前主流的兆瓦級(jí)直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組而言，我國(guó)在變流機(jī)組及其核心控制技術(shù)方面仍依賴進(jìn)口，極大制約了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，本文圍繞直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組全功率并網(wǎng)變流技術(shù)展開(kāi)理論研究，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器和電機(jī)側(cè)變流器的設(shè)計(jì)方法與控制策略進(jìn)行分析探討，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論研究成果的正確性。 首先，研究了

2、網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型與控制策略。建立了三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型和等效電路；對(duì)比分析了電壓定向控制、直接功率控制、虛擬磁鏈定向控制和虛擬磁鏈一直接功率控制等四種控制策略的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 其次，研究了網(wǎng)側(cè)諧波分析與抑制問(wèn)題。在諧波分析方面，提出了一種通用型諧波分析算法，并基于此對(duì)四種常用PWM發(fā)生方式下的電壓諧波分布及其隨調(diào)制參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析；在諧波抑制方面，提出了一種新穎的網(wǎng)側(cè)LCI_，濾波器設(shè)計(jì)算法，闡述

3、了各濾波元件的計(jì)算步驟以及配合取值原則。 第三，研究了網(wǎng)側(cè)變流器的有中線運(yùn)行控制問(wèn)題。建立了有中線拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型和等效電路；研究了零序電流控制和直流電壓平衡控制策略；提出并證明了有中線系統(tǒng)即三維矢量空間中SPWM和SVPWM算法的本質(zhì)一致性，并基于此對(duì)有中線變流器的網(wǎng)側(cè)諧波抑制能力和直流電壓利用率問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析。 第四，研究了網(wǎng)側(cè)變流器的并聯(lián)運(yùn)行控制問(wèn)題。對(duì)比分析了直接并聯(lián)和交錯(cuò)并聯(lián)的工作原理和諧波抑制效果；闡述了交錯(cuò)

4、并聯(lián)情況下高頻環(huán)流和低頻振蕩環(huán)流的產(chǎn)生機(jī)理：并對(duì)基于二維SVPWM、三維SPWM以及改進(jìn)型SVPWM的交錯(cuò)并聯(lián)控制策略進(jìn)行了對(duì)比分析。 第五，研究了基于被動(dòng)整流拓?fù)涞碾姍C(jī)側(cè)變流器控制問(wèn)題。研究了升壓斬波器基于電壓前饋的電流跟蹤控制策略；給出了基于最大功率跟蹤原理的斬波器輸入電流指令解析表達(dá)式；提出了N重交錯(cuò)并聯(lián)升壓斬波器總電流紋波統(tǒng)一算法，并基于此推導(dǎo)得出了N重交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)輸入濾波電感的統(tǒng)一計(jì)算公式。 第六，研究了基于主動(dòng)

5、整流拓?fù)涞碾姍C(jī)側(cè)變流器控制問(wèn)題。建立了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和等效電路，對(duì)比分析了零d軸電流、恒定氣隙磁鏈和最大效率三種控制目標(biāo)下，永磁同步電機(jī)矢量控制策略的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。 作為對(duì)理論分析結(jié)果的仿真驗(yàn)證，本文搭建了基于被動(dòng)整流拓?fù)涞?.5MW直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組仿真模型，對(duì)包括最大功率跟蹤控制、交錯(cuò)并聯(lián)升壓斬波器的紋波分析算法以及恒速運(yùn)行控制在內(nèi)的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和控制方案進(jìn)行了驗(yàn)證；搭建了基于主動(dòng)整流拓?fù)涞?.5MW直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組仿

6、真模型，對(duì)機(jī)組變速運(yùn)行和恒速運(yùn)行階段，全功率變流器控制策略的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。作為對(duì)理論分析結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文通過(guò)15kW網(wǎng)側(cè)變流器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，驗(yàn)證了所提出的通用型諧波分析算法和網(wǎng)側(cè)LCL濾波器設(shè)計(jì)算法的正確性；通過(guò)兆瓦級(jí)能量互饋型風(fēng)力發(fā)電變流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，考核了網(wǎng)側(cè)變流器和電機(jī)側(cè)變流器控制策略的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，并對(duì)包括網(wǎng)側(cè)變流器零序電流控制、交錯(cuò)并聯(lián)網(wǎng)側(cè)諧波抑制、并聯(lián)環(huán)流控制策略、斬波器紋波分析算法和基于電壓前饋的電流跟蹤控制策