兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究

【摘要】：能源和环境是如今困扰人类生存和发展的两大紧迫问题。大力发展以风能为代表的新兴绿色能源是解决该问题的重要手段。合理发展风能不仅具有巨大的经济利益，还蕴含着更多的社会效益和环保效益。因此，近年来风电发展创造了惊人的增长速度。风电变流器是风电系统中核心设备，也是制约风电产业完全国产化的重要瓶颈。研究高性能风电变流器对于完善我国风电产业链，提升风电制造业整体水平具有重要意义。风电机组单机容量不断增大，电压等级必然提升的发展趋势，并且国家对风力发电电能质量要求也将进一步提高。由于三电平拓扑结构自身优势，可适应更高的电压等级，提供更绿色的电能。因此采用三电平拓扑结构代替传统两电平模式是风电变流器研究的重要方向之一。 本文针对基于三电平结构的兆瓦级双馈式风电变流器一些关键技术进行了深入研究。 首先提出了双馈式三电平风电变流器的整体设计方案，并对其一些重要部件的设计进行了详细的介绍；分析了简化式三电平SVPWM控制算法的实现；通过实验验证了设计方案的有效性。 在深入分析网侧变流器数学模型和现有控制策略的基础上，针对传统PI控制器参数不易整定的问题，提出了一种基于LQRI新型三电平网侧变流器控制策略，实现了网侧变流器最优控制；采用双电流控制方法实现了电网故障条件下网侧变流器的有效控制。 提出了一种基于模糊滑模控制的转子电流内环控制策略，利用滑模变结构特性抑制了并网前后电机数学模型变化带来的不利影响；有效地实现了并网前对电网电压跟踪以及并网后对功率给定的跟踪控制。采用一种基于定子磁链在不同坐标系下角度偏差的转子位置辨识策略，改进了一种磁链观测算法，实现了双馈式变流器无速度传感器控制。 本文设计的三电平变流器先后通过不同试验平台，以及风场现场试验验证。结果表明设计方案以及控制策略正确有效。 该论文有图78幅，表11个，参考文献147篇。 【关键词】：风力发电 大功率 双馈式发电机 风电变流器 LQRI控制 并网控制 模糊控制 滑模变结构 无速度传感器
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 目录10-14
• 图清单14-19
• 表清单19-20
• 变量注释表20-22
• 1 前言22-38
• 1.1 概述22-24
• 1.2 国内外研究概况24-37
• 1.3 本课题研究内容及安排37-38
• 2 兆瓦级双馈式三电平风电变流器整体方案38-59
• 2.1 引言38
• 2.2 双三电平风电变流器总体设计38-39
• 2.3 滤波器的设计39-45
• 2.4 直流回路电容设计45-47
• 2.5 控制器的设计47-50
• 2.6 三电平SVPWM 控制算法50-55
• 2.7 实验55-58
• 2.8 本章小结58-59
• 3 网侧变流器控制策略研究59-86
• 3.1 引言59-60
• 3.2 三电平整流器的数学模型60-70
• 3.3 新型LQRI整流控制策略研究70-76
• 3.4 电网故障条件下控制策略研究76-85
• 3.5 本章小结85-86
• 4 机侧变流器控制策略研究86-113
• 4.1 引言86-88
• 4.2 双馈发电机的数学模型88-95
• 4.3 并网控制策略的研究95-107
• 4.4 并网后控制策略研究107-112
• 4.5 本章小结112-113
• 5 无速度传感器控制策略的研究113-124
• 5.1 引言113
• 5.2 双馈式发电机无速度传感器控制策略原理113-119
• 5.3 双馈式发电机无速度传感器控制策略的实现119-123
• 5.4 本章小结123-124
• 6 应用研究124-130
• 6.1 某风电整机厂家测试平台的应用124-125
• 6.2 某风场现场应用125-130
• 7 结论及展望130-131
• 参考文献131-141
• 作者简历141-143
• 学 位 论 文 数 据 集143

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