容錯型三相PWM變流器及其新能源應用.pdf

1、隨著風電光伏在電力系統(tǒng)中裝機容量所占比例日益增加，大規(guī)模光伏和風電接入對電力系統(tǒng)調度和控制的影響也逐漸引起關注。然而，對于現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)而言，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中并網變換器仍然是較為薄弱的環(huán)節(jié)。工業(yè)現(xiàn)場調查結果表明，功率型電力電子開關器件(IGBTs，MOSFETs)是最為薄弱的系統(tǒng)部件。為實現(xiàn)并網變換器開關器件故障后容錯運行，提高變換器并網運行時間和效率，容錯型并網變換器的研究越來越受到重視。為此，本文集中研究了三相PWM變流器中單

2、一橋臂功率開關器件故障這一極為常見工況，對基于三相四開關容錯型并網變流器的建模、調制和控制進行了詳細的研究，以期實現(xiàn)故障前交流器高性能并網運行和故障后變流器穩(wěn)定可靠的容錯并網運行。為實現(xiàn)理想條件下變流器高性能并網運行，本文提出了一種基于離散域的三相PWM變流器小信號數(shù)學模型。相比于傳統(tǒng)基于連續(xù)域的數(shù)學模型，該模型能清晰描述系統(tǒng)固有參數(shù)、采樣時間、數(shù)字PWM調制單元和系統(tǒng)延時對動靜態(tài)性能的影響。實驗結果驗證，基于該模型設計的系統(tǒng)調節(jié)器可以

3、確保三相PWM變流器實際動靜態(tài)性能與期望設計性能一致，實現(xiàn)PWM變流器并網性能最優(yōu)目標。針對提高并網變流器容錯運行可靠性以避免變流器二次故障的現(xiàn)實需求，本文通過研究可靠的控制策略、建立詳細的交流器數(shù)學模型和探究優(yōu)化的矢量調制算法三個方面的綜合優(yōu)化設計加以解決。
　　本研究主要內容包括：⑴將三相電流總紋波、共模電壓和電容電流定義為影響變流器穩(wěn)定容錯運行的三個關鍵性指標。探討了并網電流中高次諧波、電容電流中高頻紋波以及共模電壓有效值與

4、零矢量分配之間關系，并將有效值方法應用于分析零矢量分配對三個指標的影響。通過詳細的數(shù)字分析和實驗研究，揭示了零矢量分配對變流器穩(wěn)定運行的影響，為變流器容錯運行關鍵性指標的單一優(yōu)化或兼顧優(yōu)化奠定理論基礎。⑵為實現(xiàn)容錯運行下良好的并網電流品質，提出了一種容錯運行變流器并網電流品質綜合優(yōu)化方案，兼顧優(yōu)化并網電流中的高頻諧波電流與低頻諧波電流。分析了線性調制與直流電壓、負載電流之間的數(shù)學關系，提出了一種新型線性調制函數(shù)以杜絕因過調制而產生的低次

5、諧波電流。同時，基于前述分析，采用最優(yōu)化的矢量調制算法以減小并網電流中的高次諧波電流，最終實現(xiàn)容錯運行模型下并網電流品質綜合優(yōu)化。⑶為防止變流器故障后出現(xiàn)二次故障，提出了確保并網變流器故障后穩(wěn)定運行的綜合優(yōu)化方案。該綜合優(yōu)化方案包括:一種無需鎖相的容錯運行交流器控制策略、基于比例調節(jié)器的中性點電壓控制策略和最小化電容電流應力的電壓矢量調制策略。⑷為防止因電容電流應力過大引起電容故障，進而引發(fā)交流器二次故障，提出了一種減小電容電流應力的混