直驅(qū)式永磁同步風力發(fā)電變流器若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著世界各國對風電產(chǎn)業(yè)的大力支持和研究，風力發(fā)電技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，裝機容量大大增加。由于永磁同步電機具有機械損耗小、運行效率高、維護成本低、無增速齒輪箱及可靠性高等優(yōu)點，逐漸得到廣泛應(yīng)用。但是在直驅(qū)方案中，變流器作為風力所發(fā)電能回饋至電網(wǎng)的唯一通路，對其容量、可靠性、響應(yīng)速度和并網(wǎng)特性等要求很高;變流器的設(shè)計、制造與試驗也一直是直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的瓶頸和難點問題，它對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行具有至關(guān)重要的意義。
　　本文重

2、點關(guān)注了直驅(qū)式永磁同步風力發(fā)電變流器的建模、限制功率控制、低電壓穿越過程中的檢測與不對稱控制算法、永磁電機無速度傳感器算法以及系統(tǒng)構(gòu)建等關(guān)鍵問題，采用理論分析、仿真與實驗驗證的方法進行了相對深入與系統(tǒng)的研究:
　　將全功率變流器的控制分為機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器兩個部分進行建模與控制分析。對于機側(cè)變流器的控制而言，為了避免在大風條件下運行時存在的電機超速運轉(zhuǎn)及SVPWM過調(diào)制現(xiàn)象，在原有控制策略的基礎(chǔ)上增加了限制功率及機端電壓的PI

3、調(diào)節(jié)器，設(shè)計了一種新型的機側(cè)變流器控制策略，仿真及現(xiàn)場風場試驗驗證了算法的可靠性及有效性。對于網(wǎng)側(cè)變流器的控制，建立了LCL型濾波器電壓源變流器的數(shù)學模型，并設(shè)計了針對LCL型濾波的VSC控制算法，仿真及現(xiàn)場風場試驗結(jié)果驗證了算法的可行性。
　　針對直驅(qū)風電變流器多電平化的發(fā)展需求，為了改善不平衡負載條件下三電平中點鉗位型(NPC)電壓型并網(wǎng)逆變器的輸出電壓波形，基于延時信號消除(DSC)算法對電壓正負序分量進行分離，分別在正向負

4、向旋轉(zhuǎn)坐標系下進行控制。但是該方法在修正了電壓波形的同時，將進一步增加輸出電流的不對稱性，這將加劇在空間矢量調(diào)制下三電平NPC電壓型逆變器中點電位的波動?；诖朔治隽素撔螂娏鞣至繉χ悬c電位波動的影響，找出了一個開關(guān)周期內(nèi)控制冗余小矢量的作用時間對中點電位調(diào)整能力的邊界，從而建立了中點電位控制的空間矢量調(diào)制算法。仿真結(jié)果表明該控制方案下，負序電壓分量在負方向旋轉(zhuǎn)的坐標系下得到控制，同時負序電流作用使得中點電位的波動加劇，但是在空間矢量中點

5、電位調(diào)制下，中點電壓波動得到抑制。
　　為了實現(xiàn)永磁直驅(qū)式風電機組的低壓穿越(LVRT)能力，查明了其關(guān)鍵技術(shù)在于:三相電網(wǎng)信息的快速準確提取、電壓跌落期間的能量管理和網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)不對稱條件下的運行與控制。為了實現(xiàn)對電網(wǎng)信息的快速準確提取，設(shè)計了基于級聯(lián)DSC算法的軟件鎖相環(huán)技術(shù);能量管理的主要措施是在直流側(cè)安裝制動單元，將LVTR期間無法送入電網(wǎng)的多余能量消耗掉;針對電網(wǎng)不對稱電壓跌落下的情況，設(shè)計了基于正負序雙電流內(nèi)環(huán)控制

6、的控制策略、變流器保護策略以及無功補償策略，通過風場現(xiàn)場實驗驗證LVRT技術(shù)的可行性和有效性。
　　為了提高風電變流器的設(shè)計研發(fā)效率與匹配性，模擬實際風場的現(xiàn)場運行情況，搭建了兆瓦級直驅(qū)式風力發(fā)電模擬實驗系統(tǒng)。首先建立了兩套繞組間具有30°相差的六相永磁同步電機的數(shù)學模型，同時鑒于系統(tǒng)的實際需要，提出了一種基于高階非奇異終端滑模觀測器的無傳感器控制方法，仿真與實驗結(jié)果表明算法的有效性。另外，采用脈動高頻電壓信號注入法，實現(xiàn)了六相永