60°坐標(biāo)系下直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組三電平PWM并網(wǎng)變流器的仿真研究

【摘要】：風(fēng)能是綠色無(wú)污染的可再生能源之一，有著良好的發(fā)展前景，世界各國(guó)越來(lái)越重視風(fēng)能的利用與開發(fā)。目前，主流的風(fēng)電機(jī)組有雙饋式風(fēng)電機(jī)組和永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組。在永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組中，風(fēng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子；與雙饋式風(fēng)電機(jī)組相比，轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多，結(jié)構(gòu)上省去了升速齒輪箱，具有更高的可靠性，且降低了噪聲，維護(hù)成本更低，近幾年發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。風(fēng)電并網(wǎng)變流系統(tǒng)是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)頻率與電壓均不恒定的電能變換成恒頻、恒壓的交流電，然后送入電網(wǎng)，同時(shí)還可以改善對(duì)電網(wǎng)的諧波與系統(tǒng)的功率因數(shù)，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的部分。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的逐步提高，并網(wǎng)變流技術(shù)也是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在很大程度上影響了風(fēng)電機(jī)組單機(jī)擴(kuò)容的速度與并網(wǎng)風(fēng)電的質(zhì)量。 本文主要圍繞2MW永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流技術(shù)展開討論，基于三電平網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)側(cè)整流器和網(wǎng)側(cè)逆變器的SVPWM控制策略進(jìn)行了對(duì)比探討，分析了電容中點(diǎn)電位不平衡的原因與解決方法，設(shè)計(jì)了網(wǎng)側(cè)變流器的LCL濾波器，通過(guò)仿真驗(yàn)證了模型和控制策略的正確性。 論文首先介紹了風(fēng)力發(fā)電的背景與意義，并對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行了闡述，并對(duì)目前主要的幾種永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)進(jìn)行了分析。隨后，對(duì)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與各主要部分的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹；分析了風(fēng)力機(jī)的功率特性并建立了風(fēng)力機(jī)和永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。介紹了三電平PWM并網(wǎng)變流系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了三電平PWM并網(wǎng)變流系統(tǒng)的控制策略，詳細(xì)介紹了基于60°坐標(biāo)系的SVPWM算法，并與傳統(tǒng)的三電平SVPWM算法進(jìn)行了對(duì)比；通過(guò)分析電容器中點(diǎn)電位不平衡的原因引用了一種中點(diǎn)電位的控制方法；為了提高并網(wǎng)電能的質(zhì)量，對(duì)網(wǎng)側(cè)的LCL濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后,結(jié)合2MW永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)，在Matlab/Simulink軟件中建立了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型；在給定的最大平均風(fēng)速下，對(duì)兩種SVPWM控制算法的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，體現(xiàn)了該模型較好的動(dòng)態(tài)特性并驗(yàn)證了基于60°坐標(biāo)系的SVPWM算法的有效性，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：永磁直驅(qū) 三電平變流 SVPWM60°坐標(biāo)系 LCL濾波器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM46;TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究風(fēng)力發(fā)電的背景和意義10-11
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)11-13
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)12-13
• 1.3 目前主要的永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)13-17
• 1.3.1 不控變流系統(tǒng)13-15
• 1.3.2 不控整流與 DC/DC 變換系統(tǒng)15
• 1.3.3 雙 PWM 控制變換系統(tǒng)15-16
• 1.3.4 功率器件直接串聯(lián)大功率變換器的系統(tǒng)16
• 1.3.5 多電平變換系統(tǒng)16-17
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)18-27
• 2.1 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)18-21
• 2.2 風(fēng)力機(jī)的模型21-25
• 2.2.1 風(fēng)力機(jī)的功率特性21-23
• 2.2.2 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.3 永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)模型25
• 2.4 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制原理25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略27-44
• 3.1 三電平 PWM 并網(wǎng)變流系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)27-28
• 3.2 三電平 PWM 并網(wǎng)變流器的控制策略分析28-39
• 3.2.1 SVPWM 技術(shù)原理28
• 3.2.2 三相靜止坐標(biāo)系與兩相靜止坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換28-30
• 3.2.3 傳統(tǒng)三電平 SVPWM 算法30-35
• 3.2.4 基于 60°坐標(biāo)系的 SVPWM 算法35-38
• 3.2.5 兩種算法對(duì)比分析38-39
• 3.3 電容器中點(diǎn)電位的控制39-40
• 3.3.1 中點(diǎn)電位不平衡的原因39
• 3.3.2 中點(diǎn)電位控制方法39-40
• 3.4 網(wǎng)側(cè) LCL 濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)40-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 直驅(qū)風(fēng)電三電平 PWM 并網(wǎng)變流系統(tǒng)建模與仿真44-56
• 4.1 三相電壓型 PWM 整流器直接功率控制44-46
• 4.1.1 直接功率控制算法44-45
• 4.1.2 機(jī)側(cè)整流器控制策略45
• 4.1.3 網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略45-46
• 4.2 直驅(qū)風(fēng)電三電平 PWM 并網(wǎng)變流系統(tǒng)仿真與分析46-55
• 4.2.1 機(jī)側(cè)整流器仿真及分析46-52
• 4.2.2 網(wǎng)側(cè)逆變器仿真及分析52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 致謝62-63
• 附錄 A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄63-64
• 附錄 B 攻讀學(xué)位期間所參與的研究項(xiàng)目64

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