海上風(fēng)力發(fā)電用多電平中壓變流器的研究.pdf

1、風(fēng)電行業(yè)在發(fā)展中表現(xiàn)出單機功率不斷提升、發(fā)展海上風(fēng)場、直驅(qū)式風(fēng)電機組后來居上等特點。海上永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為以上趨勢的產(chǎn)物，將會成為未來風(fēng)電領(lǐng)域的研究熱點。傳統(tǒng)兩電平“背靠背”變流器如果直接用于海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將會產(chǎn)生開關(guān)器件承受的電壓、電流應(yīng)力大;du/dt過大;電磁干擾強等一系列問題。多電平拓撲結(jié)構(gòu)中單個開關(guān)器件承壓小，輸出波形更接近正弦，多電平變流器可以很好地滿足大功率中壓系統(tǒng)的要求。
　　 本文以適用于大功率海上風(fēng)

2、力發(fā)電系統(tǒng)的多電平中壓變流器為研究目標，進行拓撲結(jié)構(gòu)選擇和研究。
　　 通過廣泛閱讀了解各種多電平結(jié)構(gòu)在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用情況。經(jīng)過對比和分析，將多電平拓撲結(jié)構(gòu)與多相電機相結(jié)合，提出了“六相永磁同步發(fā)電機+雙母線三電平PWM變流器”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。使用多相電機可以提升單機功率，符合風(fēng)力發(fā)電單機大型化趨勢。雙母線制上的每套變流器只分擔(dān)系統(tǒng)一半的功率，降低了對變流器容量的要求。三電平拓撲結(jié)構(gòu)不僅降低了中壓系統(tǒng)對單個開關(guān)器件的電壓應(yīng)力，在相

3、同開關(guān)頻率下比兩電平變流器輸出電壓電流畸變率更小，相應(yīng)的系統(tǒng)濾波器容量減小。
　　 考慮到所選雙母線變流器機側(cè)和網(wǎng)側(cè)部分均為三電平PWM整流器，本文建立了三電平PWM整流器在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型。重點研究了三相三電平變換電路調(diào)制方式和中點電位偏移控制方案。在對比分析后選擇了三電平SVPWM作為調(diào)制方式，并通過調(diào)整正負小矢量作用時間有效控制中點電位平衡。SVPWM易于數(shù)字實現(xiàn)，且直流母線電壓利用率高。選用的中點電位控制方案不

4、增加硬件成本，算法簡單，易于實現(xiàn)。
　　 為所提出的多電平中壓變流器選擇合適的控制策略，網(wǎng)側(cè)變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，并采用LCL濾波器;機側(cè)變流器通過建立的六相電機單繞組等效模型，將對六相風(fēng)力發(fā)電機的矢量控制等效為對三相永磁同步電機的控制。在Matlab中建立了整個系統(tǒng)模型以驗證所提出方案的可行性和正確性。
　　 本文還針對5MW海上風(fēng)電變流器進行了主電路器件選取和參數(shù)設(shè)計，使研究具有一定的實用價值和工程指