不平衡電壓下三電平全功率風(fēng)電變流器的控制研究

【摘要】：風(fēng)能作為一種清潔、可再生能源具有巨大潛力。開發(fā)和利用風(fēng)能，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。然而，隨著國(guó)內(nèi)外風(fēng)電裝機(jī)容量的迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)故障發(fā)生頻繁，尤其是當(dāng)電網(wǎng)電壓處于不平衡故障狀態(tài)時(shí)，將嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。而三電平變流器因其輸出電壓諧波小、開關(guān)管承受電壓小等優(yōu)點(diǎn)越來越受人們的關(guān)注。因此，研究在電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下的三電平變流器控制策略具有重要意義。 本文以三電平全功率風(fēng)電變流器作為研究對(duì)象，圍繞直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流控制技術(shù)展開了深入研究。 首先，闡述了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展的趨勢(shì)。分析了目前風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的控制技術(shù)和在電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下的運(yùn)行問題及控制策略。并對(duì)各種控制策略的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比說明。之后又搭建了風(fēng)力機(jī)模型，并對(duì)風(fēng)力機(jī)的原理和各個(gè)模塊進(jìn)行了介紹。 其次，分析了三電平全功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理以及直驅(qū)型永磁同步發(fā)電機(jī)的工作原理，并分別對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)建立了數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上又分別對(duì)變流器機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)的控制策略進(jìn)行了闡述。 接著，研究了在電網(wǎng)電壓平衡狀態(tài)下，三電平全功率變流器機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)的控制策略，并采用了機(jī)側(cè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)零d軸電流控制和網(wǎng)側(cè)電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)電壓定向矢量控制策略，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真驗(yàn)證。 然后，研究了三電平變流器的空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)，詳細(xì)的闡述了其實(shí)現(xiàn)過程及每一部分模塊的基本原理。針對(duì)中點(diǎn)電壓不平衡問題對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，并搭建了相應(yīng)仿真模型，來驗(yàn)證改進(jìn)措施的有效性。 最后，深入探討了在三相電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下，三電平全功率變流器的控制策略，并對(duì)三相不平衡電壓進(jìn)行了正、負(fù)序分解，并建立了數(shù)學(xué)模型。對(duì)變流器網(wǎng)側(cè)分別采用了雙電流閉環(huán)控制和比例諧振控制，并提出將這兩者結(jié)合的改進(jìn)方法。通過對(duì)比三種控制方法來驗(yàn)證該改進(jìn)方法的正確性和有效性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)能 不平衡 三電平變流器 永磁同步發(fā)電機(jī) 空間矢量脈寬調(diào)制 正負(fù)序
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 課題研究背景和意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 世界風(fēng)電發(fā)展11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展13-14
• 1.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展14-15
• 1.3.2 直驅(qū)型風(fēng)電系統(tǒng)變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-16
• 1.4 全功率變流器控制策略研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.1 機(jī)側(cè)變流器控制現(xiàn)狀16
• 1.4.2 網(wǎng)側(cè)變流器控制現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 不平衡電壓下變流器控制現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)研究20-28
• 2.1 風(fēng)力機(jī)特性20-21
• 2.2 風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤21-24
• 2.2.1 最大功率跟蹤方法22
• 2.2.2 傳統(tǒng)的爬山搜索法22-23
• 2.2.3 改進(jìn)的爬山搜索法23-24
• 2.3 風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)24-27
• 2.3.1 風(fēng)力機(jī)特性仿真25-26
• 2.3.2 最大功率跟蹤仿真26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 三電平全功率變流器控制研究28-42
• 3.1 三電平變流器的基本原理28-29
• 3.1.1 三電平變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)28
• 3.1.2 二極管箝位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理28-29
• 3.2 坐標(biāo)變換理論29-32
• 3.2.1 坐標(biāo)變換的基本理論29-30
• 3.2.2 三相靜止/兩相靜止變換(3s/2s)30
• 3.2.3 兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)變換(2s/2r)30-31
• 3.2.4 三相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)變換(3s/2r)31-32
• 3.3 機(jī)側(cè)變流器的控制32-35
• 3.3.1 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型32
• 3.3.2 永磁同步電機(jī)磁鏈定向矢量控制32-33
• 3.3.3 永磁同步電機(jī)控制策略33-34
• 3.3.5 永磁同步電機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)34-35
• 3.4 網(wǎng)側(cè)變流器的控制35-40
• 3.4.1 網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型35-36
• 3.4.2 靜止坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型36-37
• 3.4.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型37
• 3.4.4 網(wǎng)側(cè)變流器控制策略37-39
• 3.4.5 網(wǎng)側(cè)變流器仿真實(shí)現(xiàn)39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 4 三電平 SVPWM 技術(shù)研究42-55
• 4.1 三電平 SVPWM 技術(shù)42-44
• 4.1.1 三電平 SVPWM 技術(shù)原理42-43
• 4.1.2 三電平基本空間矢量43-44
• 4.2 三電平 SVPWM 技術(shù)調(diào)制原理44-49
• 4.2.1 空間矢量區(qū)域判斷44
• 4.2.2 空間矢量時(shí)間計(jì)算44-45
• 4.2.3 空間矢量時(shí)間狀態(tài)分配45-46
• 4.2.4 SVPWM 仿真模型46-48
• 4.2.5 SVPWM 仿真結(jié)果48-49
• 4.3 改進(jìn) SVPWM 控制49-54
• 4.3.1 中點(diǎn)電壓對(duì)空間矢量的影響49-50
• 4.3.2 區(qū)域的重新劃分與判斷50-51
• 4.3.3 空間矢量時(shí)間計(jì)算51-53
• 4.3.4 改進(jìn) SVPWM 仿真結(jié)果53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5 不平衡電壓下變流器機(jī)側(cè)控制研究55-66
• 5.1 不平衡電壓下變流器數(shù)學(xué)模型55-58
• 5.1.1 不平衡電壓研究概況55
• 5.1.2 對(duì)稱分量法55-56
• 5.1.3 不平衡時(shí) d-q 坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型56-58
• 5.2 正負(fù)序分量的分離58-61
• 5.2.1 陷波器法58-59
• 5.2.2 四分之一周期法59-60
• 5.2.3 直接延遲法60
• 5.2.4 三種方法比較分析60-61
• 5.3 卸荷電路61-65
• 5.3.1 卸荷電路現(xiàn)狀61
• 5.3.2 串電阻卸荷電路61-63
• 5.3.3 卸荷電阻參數(shù)設(shè)計(jì)63
• 5.3.4 卸荷電路控制仿真63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 6 不平衡電壓下變流器網(wǎng)側(cè)控制研究66-77
• 6.1 不平衡控制策略原理66-67
• 6.2 雙電流閉環(huán)控制67-69
• 6.2.1 雙電流閉環(huán)控制原理67-69
• 6.2.2 雙電流閉環(huán)控制仿真69
• 6.3 比例諧振控制69-71
• 6.3.1 比例諧振控制原理69-70
• 6.3.2 比例諧振控制仿真70-71
• 6.4 比例積分和比例諧振結(jié)合控制71-72
• 6.4.1 比例積分和比例諧振結(jié)合控制原理71
• 6.4.2 比例積分和比例諧振控制仿真71-72
• 6.5 不平衡控制仿真結(jié)果72-76
• 6.5.1 傳統(tǒng)控制方法仿真結(jié)果72-73
• 6.5.2 雙電流閉環(huán)控制仿真結(jié)果73
• 6.5.3 比例諧振控制仿真結(jié)果73-74
• 6.5.4 比例積分和比例諧振結(jié)合控制仿真結(jié)果74-75
• 6.5.5 各種控制方法仿真結(jié)果比較75-76
• 6.6 本章小結(jié)76-77
• 7 總結(jié)與展望77-79
• 7.1 總結(jié)77
• 7.2 展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果84

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不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下三相并網(wǎng)型逆變器的控制    章瑋;王宏勝;任遠(yuǎn);胡家兵;賀益康;

不對(duì)稱電網(wǎng)故障下直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行與控制    黃守道;肖磊;黃科元;陳自強(qiáng);熊山;

兆瓦級(jí)直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)無位置傳感器控制    唐芬;金新民;姜久春;童亦斌;周飛;

三相電壓型并網(wǎng)逆變器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制    尚磊;孫丹;胡家兵;賀益康;王波;

電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)全功率變流器風(fēng)電機(jī)組控制策略    陳毅東;楊育林;王立喬;孫俊杰;萬承寬;

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基于變流器控制策略的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)    高劍;黃守道;張文娟;陳正茂;

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電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的控制策略    姚駿;陳西寅;廖勇;黃嵩;

三電平逆變器無拍頻控制策略研究    葛興來;馮曉云;

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The Sliding Mode Control Method of Grid-Connected Inverter Applied to Three-Phase Intermittent Power Supply    

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永磁同步電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)矩控制    賈洪平;賀益康;

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變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)綜述    賀益康;周鵬;

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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    陳瑤

電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)全功率變流器風(fēng)電機(jī)組控制策略    陳毅東;楊育林;王立喬;孫俊杰;萬承寬;

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EQP245R 全功率取力器簡(jiǎn)介    方馳;

鼠籠型全功率風(fēng)電變換器控制策略研究與實(shí)驗(yàn)    王晗;王鵬;張建文;蔡旭;

一種新型的風(fēng)力發(fā)電全功率變流器    陳杰;龔春英;陳家偉;張方華;嚴(yán)仰光;

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風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全功率變頻器的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)    謝毅;謝小紅;

基于PLC的全功率風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)    廖勝超;朱凌云;孫培德;

鼠籠全功率風(fēng)電機(jī)組中的電磁干擾分析    趙廣宇;何杰;

高速掃描全功率毫米波輻射計(jì)研究    婁國(guó)偉;李興國(guó);寧軍;

3mm波段中頻比較輻射計(jì)的研究    張祖蔭;郭偉;

斯維奇全功率變流器助力金風(fēng)進(jìn)軍美國(guó)市場(chǎng)    本報(bào)記者 楊歌

太重唱響高原“大風(fēng)歌”    本報(bào)記者 王波 通訊員 曹克順

九陽DJ12B-A16AD型豆?jié){機(jī)電路原理與維修    山東 黃楊

永磁同步直驅(qū)型全功率風(fēng)機(jī)變流器及其控制    汪令祥

全功率變流器風(fēng)機(jī)運(yùn)行品質(zhì)優(yōu)化控制技術(shù)的研究    陳毅東

雙饋式風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)與全功率試驗(yàn)分析    井延偉

并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組全功率變流器設(shè)計(jì)    楊威

三電平全功率風(fēng)電并網(wǎng)變流器低電壓穿越的研究    楊捷

全功率變流器機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究    陶高周

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全功率變流器控制策略的研究    項(xiàng)丹

不平衡電壓下三電平全功率風(fēng)電變流器的控制研究    楊沖