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[学位]

高压直流风电系统并网逆变器电容中点平衡控制策略的研究

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Author:

陈发 (陈发.)

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学位论文库

Abstract:

近年来,海上风电技术已成为全球各大公司和各国学者的研究热点。发电机常规电压等级只有690V或960V,为了提高电压等级必须在机舱内安装大功率的升压变压器,这样不仅增加了体积、重量和成本,而且由升压变压器故障导致风电系统可靠性降低,特别是双馈式异步感应发电机还需要配备庞大的齿轮箱,使得此类问题更加突出。针对上述问题,本课题组提出一种具有高压直流母线的无升压变压器大功率直驱风电系统技术方案。这种方案采用低速直驱多相永磁同步发电机和串联的多电平整流器把电压提高到20kV以上,然后通过高压直流母线直接把功率传输到陆地上的集中变流站,经过逆变和升压后送入电网,该方案省去了庞大笨重的齿轮箱和升压器,缩小了体积和重量,减少了运输成本和维护成本,提高了可靠性。在陆地集中变流站中具有高压直流母线的并网逆变器系统的设计是该方案的关键技术之一。从功率等级、效率、可靠性以及成本等方面综合考虑,选择二极管钳位型三电平变流器作为基本逆变器拓扑单元串联来分摊高压母线的电压和功率。可是二极管钳位型三电平变流器存在电容中点电压不平衡的固有问题,在功率因数低,调制度高和开关频率低的情况下,不平衡问题更明显。因此本文提出了一种利用飞跨电容辅助桥臂来控制3L-NPC变流器电容中点电压平衡的方法。 文中首先阐述了以飞跨电容辅助桥臂3L-NPC变流器为基本模块单元串联构成的网侧逆变器系统结构,接着以基本模块为研究对象,分析了变流器的工作原理,空间电压脉宽矢量调制技术(SVPWM)以及电压不平衡的根本原因,介绍和比较了几种现有的抑制电容电压漂移和脉动的方法,其次详细分析了本文提出的基于飞跨电容辅助桥臂的四种平衡控制策略,并比较了各自的优缺点。然后,在电力系统仿真软件PSCAD中建立了飞跨电容辅助桥臂3L-NPC变流器的开关模型,对所提的四种平衡控制策略进行了仿真分析。最后,本文设计搭建了一套基本模块的实验系统,进行了相关的实验。仿真分析和实验结果表明:在开关频率为5KHz,功率因数为0,调制度为1的情况下,基于飞跨电容辅助桥臂的四种平衡控制策略来控制电容中点电压平衡方案是可行的,特别是利用电容电压和中点电流双闭环控制可以达到很好效果,另外基于电容电压比例谐振单闭环控制以及基于电容电压比例积分和中点电流前馈单闭环控制也可以达到相近的控制效果。

Keyword:

直驱风电系统三电平变流器飞跨电容辅助桥臂中点电压平衡控制

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 曾翔君

Year: 2012

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 1

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