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

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

2、津大學電氣與自動化工程學院二零一二年五月摘要隨著直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)功率等級的不斷提升，采用傳統(tǒng)的功率器件以及拓撲結構構成的功率變換器，已難以滿足大功率永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的需求，這也成為制約風力發(fā)電技術進一步發(fā)展的重要原因之一。多重化技術是一種將原有的拓撲結構通過并聯(lián)、串聯(lián)或者級聯(lián)等方式重構出新的變換器拓撲形式，從而降低單個電路單元所承擔的傳輸功率，提高系統(tǒng)整體的功率等級的變流技術。本文從電機側和網(wǎng)側兩個方面入手，針對多重化變換器拓撲結

3、構與控制策略進行了重點分析與研究。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、控制簡單等特點而被廣泛應用于直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)。本文首先分析了該結構作為電機側變換器時的運行特點。由分析可知，由于二極管整流單元的存在導致定子電流發(fā)生畸變，且受Boost斬波變換器電路結構的影響，發(fā)電機的調(diào)速范圍較窄。因此，本文結合多脈波整流技術，利用其可提供多個獨立直流電源的特點，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成的多重化Boost斬波變換器相比，不僅降低了單個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行模式，擴展了調(diào)速范圍。文中詳細分析了該變換器的數(shù)學模型與運行原理，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)電機轉(zhuǎn)速控制策略，并將其應用于一臺永磁風力發(fā)電系統(tǒng)樣機進行了實驗驗證。結果表明，采用該電路作為永磁風力發(fā)電系統(tǒng)電機側變換器時可有效擴展調(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)方式構成的多重化功率變換器作為直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)側變換器。由于實際的風電系統(tǒng)可提供的獨立直流電源數(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撲結構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單元組合而成，若針對每個單元獨立控制則不僅增加了系統(tǒng)硬件成本和算法的復雜程度，而且不易于實現(xiàn)閉環(huán)控制。因此，本文從多重化變換器的外電路特