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直驱式风电系统并网逆变器降损降噪关键技术研究

关注热度:63   来源:新能源学术论文  作者:张毅
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【摘要】:随着化石能源日益枯竭,风能日益成为国内外研究热点,风电在电网中所占比重也越来越大。随着风电机组单机容量的增大,对并网变流器技术的要求也越来越高,总装机容量的增大,使得并网风电质量对系统的影响逐渐增大。针对大容量、高电压等级的直驱式风电系统,随着变流器开关频率的增大,开关器件的损耗和开关器件产生的高频噪声变得不容忽视,因此,研究逆变器降损降噪关键技术有着一定的现实意义。本文针对直驱式风电系统展开研究,分析了该系统的拓扑结构和风机、永磁同步电机(PMSG)、PWM逆变器的数学模型,提出了机侧整流器和网侧逆变器的控制策略,利用PSCAD搭建模型并仿真验证。着眼于逆变器降噪,提出了采用LLCL型滤波器,分析对比了LLCL型滤波器与常用的L型、LCL型滤波器的结构和特性,以最大限度滤除逆变器开关频率附近的噪声为目的,整定了一组滤波器参数,结合典型系统模型仿真验证,结果显示LLCL滤波器对开关频率附近噪声抑制效果显著。为了解决在高频开关动作时开关器件损耗较高的问题,本文提出将ZVT软开关技术应用到逆变器中,研究了ZVT软开关逆变器拓扑结构,对单相等效电路分10个工作模式展开分析,在给出不同模式下电流走向图的同时对辅助谐振电路中谐振电流电压值进行了理论推导。最后针对不同大小的负载电流,仿真验证了理论推导,结果显示主电路中的开关器件开通、关断都在零电压条件下完成,不产生损耗,辅助谐振电路中的辅助开关管的通断在零电流条件下完成,不产生损耗。
【关键词】:永磁同步发电机 双PWM型变换器 LLCL滤波器 空间矢量脉宽调制 ZVT软开关
【学位授予单位】:西安工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM464;TM614
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-8
  • 1 绪论8-16
  • 1.1 选题意义及背景8-11
  • 1.1.1 风力发电的现状8-9
  • 1.1.2 主流风电机组的并网方式9-11
  • 1.2 风电系统网侧变流器降损降噪技术的研究现状11-14
  • 1.3 课题的主要工作14-16
  • 2 直驱风电系统的数学模型及控制策略16-36
  • 2.1 风机的分析与建模16-18
  • 2.1.1 风机数学模型16-17
  • 2.1.2 最大风能捕获原理17-18
  • 2.2 永磁同步发电机的数学模型18-21
  • 2.3 网侧PWM逆变器的数学模型21-23
  • 2.4 空间矢量脉冲宽度调制原理23-28
  • 2.4.1 三相空间电压矢量的分布23-25
  • 2.4.2 空间电压矢量的合成25-28
  • 2.5 变流器的控制策略28-32
  • 2.6 仿真分析32-35
  • 2.7 本章小结35-36
  • 3 网侧LLCL滤波器的设计36-46
  • 3.1 滤波器的特性分析36-40
  • 3.1.1 典型滤波器的结构对比36-37
  • 3.1.2 不同结构滤波器滤波特性对比37-40
  • 3.2 LLCL滤波器参数设计40-41
  • 3.3 仿真分析41-43
  • 3.4 本章小结43-46
  • 4 直驱风电系统网侧ZVT软开关逆变器的研究46-62
  • 4.1 ZVT软开关逆变器的原理46
  • 4.2 ZVT软开关逆变器辅助电路的谐振分析46-55
  • 4.2.1 开通过程的分析47-52
  • 4.2.2 关断过程的分析52-55
  • 4.3 逆变器单相电路仿真分析55-61
  • 4.4 本章小节61-62
  • 总结与展望62-64
  • 总结62
  • 研究前景展望62-64
  • 参考文献64-68
  • 攻读硕士期间发表论文清单68-70
  • 致谢70


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关键词: 永磁同步发电机

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