基于PEBB模組的風(fēng)電變流器模塊化研究

【摘要】：風(fēng)電場(chǎng)大都位于交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)或海上，工作環(huán)境惡劣使得風(fēng)電變流器易損壞且難于維護(hù)。針對(duì)該問題，該文提出一種新型的變流器智能模塊化技術(shù)，即PEBB（Power Electronic Building Block，電力電子模塊）模塊化技術(shù)。該技術(shù)使得變流器性能更穩(wěn)定、體積更緊湊，易于現(xiàn)場(chǎng)快速更換，提高風(fēng)機(jī)利用時(shí)效；同時(shí)賦予其在線智能故障診斷功能，該功能使得變流器模塊的工作狀況能夠被及時(shí)掌握，發(fā)生故障的模塊能夠被準(zhǔn)確定位并及時(shí)更換，大大提高了變流器的可維護(hù)性。針對(duì)該課題做了如下研究： 首先研究了基于PEBB模組的整個(gè)變流系統(tǒng)。針對(duì)該系統(tǒng)分別建立了變流器的數(shù)學(xué)模型，并給出相應(yīng)的控制策略；此后根據(jù)給定輸入電壓、輸出功率等參數(shù)，設(shè)計(jì)了變流器主電路器件參數(shù)，包括機(jī)側(cè)濾波器、網(wǎng)側(cè)濾波器、直流電容、IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管）模塊等。 其次對(duì)模組中IGBT并聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)做了深入研究，對(duì)并聯(lián)IGBT模塊間存在的均流問題進(jìn)行了詳細(xì)研究。分析了不同因素對(duì)其動(dòng)靜態(tài)均流的影響，通過充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模塊并聯(lián)均流技術(shù)的可行性。 然后對(duì)PEBB模組及模組并聯(lián)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。確定了單個(gè)模組和模組并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開發(fā)了模組中底層控制系統(tǒng)，重點(diǎn)分析了模組并聯(lián)間的環(huán)流問題并對(duì)比了環(huán)流抑制方案。用MATLAB/Simulink搭建了不同方案下模組的仿真模型，證實(shí)了理論分析的正確性。采用仿真得出的最合理方案搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可靠性和正確性。 最后通過調(diào)整PEBB模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了熱優(yōu)化研究，計(jì)算了PEBB模組內(nèi)發(fā)熱部件的熱功耗，包括IGBT模塊、均流電感及直流電容等。根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，搭建不同方案的ICEPAK仿真模型，對(duì)其熱流量進(jìn)行后處理分析，確定較為優(yōu)化的結(jié)果。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電變流器 PEBB模塊化技術(shù) IGBT模塊并聯(lián)方案 PEBB模組并聯(lián)方案 ICEPAK熱優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：上海電機(jī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 課題來源11
• 1.3 風(fēng)電變流系統(tǒng)11-13
• 1.3.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)11-12
• 1.3.2 變流器結(jié)構(gòu)拓?fù)?/span>12-13
• 1.4 PEBB 模組研究現(xiàn)狀13-17
• 1.4.1 IGBT 擴(kuò)容結(jié)構(gòu)分析13-15
• 1.4.2 PEBB 模組拓?fù)浼捌洳⒙?lián)分析15-16
• 1.4.3 PEBB 模組熱分析16
• 1.4.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 變流器模型建立19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)19
• 2.3 變流器系統(tǒng)建模19-24
• 2.3.1 基于三相 ABC 靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)模型建立20-22
• 2.3.2 基于同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)模型建立22-24
• 2.4 變流器控制策略24-27
• 2.4.1 網(wǎng)側(cè)變流器控制策略24-25
• 2.4.2 機(jī)側(cè)變流器控制策略25-27
• 2.5 變流器主電路參數(shù)設(shè)計(jì)27-30
• 2.5.1 網(wǎng)側(cè) LCL 濾波器的設(shè)計(jì)27-28
• 2.5.2 機(jī)側(cè)濾波器設(shè)計(jì)28-29
• 2.5.3 功率元件 IGBT 模塊的選型29
• 2.5.4 直流側(cè)母線電容的設(shè)計(jì)29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 IGBT 模塊并聯(lián)拓?fù)浞桨秆芯?/span>31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 靜態(tài)均流方案研究31-34
• 3.2.1 飽和導(dǎo)通壓降對(duì)靜態(tài)電流的影響31-32
• 3.2.2 直流母排對(duì)靜態(tài)電流的影響32-33
• 3.2.3 交流出線端引線對(duì)靜態(tài)電流的影響33-34
• 3.3 動(dòng)態(tài)均流方案研究34-37
• 3.3.1 柵極電阻對(duì)動(dòng)態(tài)電流的影響34-35
• 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路對(duì)動(dòng)態(tài)電流的影響35-36
• 3.3.3 驅(qū)動(dòng)方式對(duì)動(dòng)態(tài)電流的影響36-37
• 3.4 采用均流措施對(duì)靜動(dòng)態(tài)均流特性的影響37-39
• 3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證39-44
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)39-40
• 3.5.2 交流出線端影響靜態(tài)電流實(shí)驗(yàn)40-41
• 3.5.3 驅(qū)動(dòng)方式影響動(dòng)態(tài)電流實(shí)驗(yàn)41-43
• 3.5.4 均流措施影響均流實(shí)驗(yàn)43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第四章 PEBB 模組及模組并聯(lián)方案研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 基于 PEBB 模組的變流系統(tǒng)分析45-46
• 4.3 模組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)46-47
• 4.3.1 單個(gè) PEBB 模組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)46
• 4.3.2 模組與模組間的并聯(lián)拓?fù)?/span>46-47
• 4.4 底層控制系統(tǒng)47-49
• 4.4.1 底層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47-48
• 4.4.2 在線智能故障診斷48-49
• 4.5 PEBB 模組并聯(lián)方案研究49-54
• 4.5.1 環(huán)流定義49-50
• 4.5.2 模組直流側(cè)并聯(lián)方式對(duì)環(huán)流的影響50-53
• 4.5.3 模組交流側(cè)均流電感對(duì)環(huán)流的影響53-54
• 4.6 仿真驗(yàn)證54-57
• 4.7 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證57-58
• 4.8 本章小結(jié)58-59
• 第五章 PEBB 模組的熱設(shè)計(jì)59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 熱設(shè)計(jì)相關(guān)理論59-61
• 5.2.1 熱傳遞方式59
• 5.2.2 熱參數(shù)59-60
• 5.2.3 冷卻方式60-61
• 5.3 器件熱損耗分析61-64
• 5.3.1 IGBT 模塊損耗計(jì)算61-63
• 5.3.2 均流電感的損耗計(jì)算63
• 5.3.3 直流電容損耗計(jì)算63-64
• 5.4 ICEPAK 仿真建模64-68
• 5.4.1 建立幾何模型64-65
• 5.4.2 網(wǎng)格劃分65
• 5.4.3 后處理分析65-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果76

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