風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)電壓跌落分析及其控制策略的研究

【摘要】： 在研究國外知名風(fēng)電變流器整機(jī)廠商的主流產(chǎn)品時(shí),我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)電變流器在完成并網(wǎng)回饋電流等常規(guī)工作的同時(shí)也要具備故障運(yùn)行能力。從目前的參考文獻(xiàn)可以看出,國外的變流器研究熱點(diǎn)已經(jīng)從電網(wǎng)對稱性故障的運(yùn)行能力轉(zhuǎn)向了不對稱性故障的運(yùn)行能力。風(fēng)電變流器在國產(chǎn)化的過程中也必須要具有低電壓穿越、不對稱故障下運(yùn)行的能力和動態(tài)無功、有功功率的調(diào)節(jié)能力。 本論文來源于1.5MW風(fēng)電變流器的研制項(xiàng)目,主要研究內(nèi)容是網(wǎng)側(cè)數(shù)字化并網(wǎng)逆變器的開發(fā)。在項(xiàng)目開發(fā)的過程中完成了以下工作內(nèi)容。 詳細(xì)分析電壓跌落以及網(wǎng)側(cè)電壓不對稱對并網(wǎng)逆變器造成的影響之后,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的鎖相環(huán)電路(PLL)是基于三相平衡電壓或者單相電壓設(shè)計(jì)的,無法在電壓不對稱的情況下正常工作。在電網(wǎng)電壓正序檢測器設(shè)計(jì)過程中本文引入了一種對電壓波形畸變和不對稱不敏感的PLL電路,并且進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明這種PLL電路對不平衡三相電壓正序分量的頻率和相位有很好的鎖定能力。電網(wǎng)正序檢測器中數(shù)字濾波器是一個(gè)重要環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)低通濾波器過程中采用了MATLAB輔助設(shè)計(jì)的方式,取得了理想的效果。 對數(shù)字PWM逆變器兩電平結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析。為了使得并網(wǎng)變流器具有動態(tài)無功、有功功率的平滑調(diào)節(jié)能力,選用了有功電流、無功電流解耦的電流閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明,該種控制方式在電網(wǎng)電壓對稱情況下具有很好的輸出波形和跟隨能力,但是在電網(wǎng)不對稱情況下輸出電流波形發(fā)生畸變和不對稱,不利于故障電網(wǎng)的恢復(fù)。為了解決上述問題,本文采用了抑制網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流分量的控制方案,仿真結(jié)果表明采用該方案后輸出電流波形滿足了正弦化及平衡化的要求。 在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇過程中,對多電平結(jié)構(gòu)和兩電平結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)分別進(jìn)行了比較。與兩電平結(jié)構(gòu)相比,多電平結(jié)構(gòu)具有輸出電壓波形畸變小和器件電壓應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn),所以本文選用三電平結(jié)構(gòu)作為主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂撇呗赃x用的是同相載波層疊調(diào)制,并且利用DSP的EPWM模塊進(jìn)行了數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)。 采用數(shù)字化控制器必定會造成控制上的時(shí)間延遲和相位滯后,為了減小這一影響,本文采用了同步采樣方式,有效地避免了采樣過程中的數(shù)據(jù)混疊,減少了采樣的時(shí)間延遲。 主控芯片采用的是TI公司的32位浮點(diǎn)芯片TMS320F28335。在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)過程中詳細(xì)介紹了采樣部分的設(shè)計(jì)方法。采用這一方法后采樣部分的精度和抗干擾能力得到了顯著提高。 論文最后給出了樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了所提出的控制策略的有效性,并且對所作的工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。 【關(guān)鍵詞】：電壓跌落 數(shù)字化PLL 電壓不平衡 載波層疊調(diào)制 正負(fù)序分離
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 目錄4-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電在國內(nèi)外的發(fā)展情況14-15
• 1.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 直驅(qū)型風(fēng)力變流器機(jī)組中網(wǎng)側(cè)逆變器的研究16-18
• 1.4 國內(nèi)外風(fēng)電變流器的研究熱點(diǎn)18-19
• 1.5 電網(wǎng)電壓跌落和不對稱對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響19-20
• 1.6 課題研究的主要內(nèi)容20-21
• 第二章 網(wǎng)側(cè)電壓跌落檢測和電壓正序檢測器設(shè)計(jì)21-42
• 2.1 網(wǎng)側(cè)電壓分析方法研究21-27
• 2.1.1 電壓跌落檢測21-25
• 2.1.2 電壓正負(fù)序分離25-27
• 2.2 電網(wǎng)不平衡時(shí)基波正序電壓檢測器設(shè)計(jì)27-38
• 2.2.1 電網(wǎng)不平衡時(shí)的電壓特性27-29
• 2.2.2 電網(wǎng)不平衡時(shí)常規(guī)電壓正負(fù)序分離方法29-31
• 2.2.3 基波正序電壓檢測方法選擇31-32
• 2.2.4 不平衡電路數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)32-34
• 2.2.5 數(shù)字低通濾波器的選擇34-35
• 2.2.6 MATLAB數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)35-38
• 2.3 正序電壓檢測器MATLAB仿真38-41
• 2.3.1 數(shù)字PLL仿真實(shí)驗(yàn)38-40
• 2.3.2 巴特沃思低通濾波器仿真實(shí)驗(yàn)40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 數(shù)字PWM逆變器控制策略研究42-60
• 3.1 電壓型全控橋式逆變電路結(jié)構(gòu)42-49
• 3.1.1 三相電壓型逆變器(Voltage Source Inverter-VSI)一般數(shù)學(xué)模型42-45
• 3.1.2 三相電壓型逆變器dq模型45-47
• 3.1.3 電流控制方式設(shè)計(jì)47-49
• 3.2 電網(wǎng)不平衡情況下PWM逆變器控制策略49-52
• 3.2.1 基于兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型49-50
• 3.2.2 交流側(cè)電流控制算法50-52
• 3.3 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇及調(diào)制方式52-55
• 3.3.1 VSR型逆變器三電平結(jié)構(gòu)分析52-53
• 3.3.2 多載波PWM技術(shù)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)53-55
• 3.4 VSR逆變器控制系統(tǒng)及調(diào)制方式仿真55-58
• 3.4.1 傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制仿真55-56
• 3.4.2 電壓跌落不平衡狀態(tài)下控制策略仿真56-57
• 3.4.3 三電平調(diào)制方式仿真57-58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 第四章 數(shù)字控制器主控軟硬件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果60-73
• 4.1 主控硬件電路設(shè)計(jì)60-65
• 4.1.1 數(shù)字控制網(wǎng)側(cè)變流器總體電路結(jié)構(gòu)60
• 4.1.2 主控芯片選型及介紹60-62
• 4.1.3 主控板部分硬件電路設(shè)計(jì)62-65
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)65-71
• 4.2.1 同步采樣法軟件設(shè)計(jì)原理65-67
• 4.2.2 軟件主程序設(shè)計(jì)67-69
• 4.2.3 ADC中斷及低通濾波器程序設(shè)計(jì)69-71
• 4.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析71-73
• 第五章 結(jié)論以及展望73-75
• 5.1 結(jié)論73
• 5.2 展望73-75
• 附錄75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 致謝82-83
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表83

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