双馈风力发电机双PWM变换器控制及实现

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1、二○○九年九月十四日李辉双馈风力发电机双PWM变流器的控制及实现主要内容一、双馈发电机工作原理二、双馈用变流器的要求及拓扑三、转子侧PWM变流器及对DFIG控制四、网侧PWM变流器及其控制五、SVPWM变换技术原理六、双PWM变流器的DFIG系统及设计七、结论和讨论一、双馈发电机工作原理1.什么是双馈发电机双馈发电机(DoublyFedInductionGenerator:DFIG)的基本结构与绕线式感应电机类似，其定子侧接电网，转子上由变频电源提供对称交流电励磁，且励磁电压的幅值、频率、相位、相序都可以根据要求加以控制，从而可以控制发电机励磁磁场的大小、相对转子的位置

2、和电机转速。一、双馈发电机工作原理2.双馈发电机特点具有较好的转速适应能力，能实现变速恒频发电具有独立的有功、无功调节能力具有深度进相运行能力具有良好的稳定运行能力亚同步转速运行(定、转子电流同相序)同步转速运行超同步转速运行(定、转子电流反相序)一、双馈发电机工作原理3.双馈发电机运行状态调节输入转子的电流相序和频率时，双馈电机便可以运行在亚同步、同步及超同步状态。一、双馈发电机工作原理4.双馈发电机等效电路和稳态方程一、双馈发电机工作原理5.双馈发电机能量流动关系一、双馈发电机工作原理5.双馈发电机能量流动关系一、双馈发电机工作原理5.双馈发电机能量流动关系发电机转

3、子能量是在电网和电机之间双向流动的，这也是双馈发电机中“双馈”的本质。此外，接转子回路的变流器，即发电机转子励磁的电源必须是一个能量能够双向流动的变流器。二、双馈用变流器的要求及拓扑1.双馈发电机用变流器的要求网侧变流器要求转子侧变流器要求二、双馈用变流器的要求及拓扑1.双馈发电机用变流器的要求二、双馈用变流器的要求及拓扑2.双馈发电机用变流器的形式两电平电压型双PWM变流器多电平双PWM变流器晶闸管相控交－交直接变流器矩阵式双PWM变流器钳位谐振双PWM变流器二、双馈用变流器的要求及拓扑两电平电压型双PWM变流器由两个完全相同的两电平电压型三相PWM变流器通过直流母线

4、连接而成，通常为背靠背变流器，英文为back-to-backPWMconverter由于在双馈风力发电运行中，两个变流器的工作状态时刻发生变化，因此通常不按整流或逆变来区分，而是按照其位置称为转子侧变流器和网侧变流器。两电平电压型双PWM变流器二、双馈用变流器的要求及拓扑两电平电压型双PWM变流器网侧PWM变流器任务转子侧PWM变流器任务两电平电压型双PWM变流器两电平电压型双PWM变流器双PWM变流器运行状态两电平电压型双PWM变流器优点两电平电压型双PWM变流器优点两电平电压型双PWM变流器优点两电平电压型双PWM变流器两电平电压型双PWM变流器Voltageand

5、currents缺点两电平电压型双PWM变流器中间直流侧电压的波动。如果增加直流母线电容值，电容体积庞大，随着时间的增加电容值减少，影响寿命。目前通常采用功率平衡控制方式来解决。缺点两电平电压型双PWM变流器中间直流侧电压的波动。如果增加直流母线电容值，电容体积庞大，随着时间的增加电容值减少，影响寿命。目前通常采用功率平衡控制方式来解决。二、双馈用变流器的要求及拓扑多电平双PWM变流器为了满足风力发电对高压、大功率和高品质变流器的需求，多电平变流技术得到广泛应用。采用多电平变流技术后，可以在常规功率器件的耐压基础上，提高电压等级，获得更高级（台阶）的输出电压，使波形更接

6、近正弦。谐波含量少，电压变化率小，并获得更大的输出容量。典型的多电平拓扑结构有：二极管箝拉型、飞越电容型，级联H桥型、混合箝拉型等。随着电平数增加，箝拉器件的数目也增加，导致系统实现困难。通常以三电平、五电平变流应用居多。二、双馈用变流器的要求及拓扑三电平双PWM变流器形式二极管箝位三电平双PWM变流器当由于功率器件的容量受制造水平的限制时，多电平变流器最主要的优点是能够实现较大容量的电能转换。和两电平相比：三电平变换器输出三个电压等级，减小了波形的谐波含量；在相同直流母线电压下，输出的dv/dt减小了一半，同时也有利于电机或滤波器的绝缘和安全运行，降低了滤波器的设计难

7、度。三电平变换器主电路中的每个开关器件仅承受一半的直流侧电压，且无需动态均压电路，开关损耗小，为两电平的25%。中点箝位三电平双PWM变换器成为目前最为适合在高压大容量场合的双PWM电路拓扑结构。目前在2MW以上的风电机组中已采用。优点二极管箝位三电平双PWM变流器和两电平相比：功率器件和电容增加1倍，额外增加了箝位二极管。整流侧由两个完全一样的电容串联而成。电容中点作为变流器的箝位点，由网侧变流器保持直流侧两个电容的电压均衡。如果电平数超过三，一般会出现电压平衡问题。(电容值、死区时间和负载不平衡)缺点二极管箝位三电平双PWM变流器二极