直驅式永磁同步風力發(fā)電變流器若干關鍵技術研究.pdf

1、隨著世界各國對風電產業(yè)的大力支持和研究，風力發(fā)電技術得到了迅猛發(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，逐漸得到廣泛應用。但是在直驅方案中，變流器作為風力所發(fā)電能回饋至電網的唯一通路，對其容量、可靠性、響應速度和并網特性等要求很高;變流器的設計、制造與試驗也一直是直驅式永磁風力發(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、高效運行具有至關重要的意義。
　　本文重

2、點關注了直驅式永磁同步風力發(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)構建等關鍵問題，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變流器和網側變流器兩個部分進行建模與控制分析。對于機側變流器的控制而言，為了避免在大風條件下運行時存在的電機超速運轉及SVPWM過調制現象，在原有控制策略的基礎上增加了限制功率及機端電壓的PI

3、調節(jié)器，設計了一種新型的機側變流器控制策略，仿真及現場風場試驗驗證了算法的可靠性及有效性。對于網側變流器的控制，建立了LCL型濾波器電壓源變流器的數學模型，并設計了針對LCL型濾波的VSC控制算法，仿真及現場風場試驗結果驗證了算法的可行性。
　　針對直驅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，找出了一個開關周期內控制冗余小矢量的作用時間對中點電位調整能力的邊界，從而建立了中點電位控制的空間矢量調制算法。仿真結果表明該控制方案下，負序電壓分量在負方向旋轉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、電位調制下，中點電壓波動得到抑制。
　　為了實現永磁直驅式風電機組的低壓穿越(LVRT)能力，查明了其關鍵技術在于:三相電網信息的快速準確提取、電壓跌落期間的能量管理和網側變流器在電網不對稱條件下的運行與控制。為了實現對電網信息的快速準確提取，設計了基于級聯(lián)DSC算法的軟件鎖相環(huán)技術;能量管理的主要措施是在直流側安裝制動單元，將LVTR期間無法送入電網的多余能量消耗掉;針對電網不對稱電壓跌落下的情況，設計了基于正負序雙電流內環(huán)控制

6、的控制策略、變流器保護策略以及無功補償策略，通過風場現場實驗驗證LVRT技術的可行性和有效性。
　　為了提高風電變流器的設計研發(fā)效率與匹配性，模擬實際風場的現場運行情況，搭建了兆瓦級直驅式風力發(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，實現了六相永