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《直驱风力发电系统三电平pwm整流技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、直驱风力发电系统三电平PWM整流技术研宄、摘要:直驱型风力发电系统的风力发电机需要通过人功率交直交变流器即全功率变流器将风力发电机直接并网，而开关器件水平无法满足全功率变流器的要求，因此研宄了二极管箝位三电平PWM整流器在直驱型风力发电系统中的应用。针对这一拓扑和直驱型风力发电系统的特点,采用基于P而整流器模型的跟踪指令电压矢量的空间矢量脉宽调制（SVP丽）电流控制策略，结果表明，该PWM整流器可有效抑制注入电W的谐波，减小交流侧的电流波形畸变;在负载突变吋保持直流电压恒定，输出有功、无功可调且动态
2、跟随性能较好。三电平PWM整流器作为全功率变流器的整流部分适合于直驱型风力发电系统的应用。关键词:直驱型风力发电系统;全功率变流器;二极管箝位;三电平整流器;空间矢量脉宽调制；引言直驱型风力发电系统是一种新型的风力发电系统，它采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,然后通过功率变换电路将电能转换后并入电网，省去了传统双馈式风力发电系统中的齿轮箱,系统效率大为提高，有效抑制Y噪声。直驱型风力发电系统耑要全功率变流器，而现有器件耐压水平未取得突破性进展，多电平技术因其可减小开关管电压应力，提高等效开
3、关频率，非常适合应用于直驱型风力发电系统。目前，常见的多电平变流器种类有:二极管箝位多电平变流器、飞跨电容多电平变流器、级联H桥多电平变流器及通用式多电平变换器等。飞跨电容多电平变流器的开关负荷不一致,飞跨电容均压难以实现，级联H桥多电平变流器需要独立电源,成本较高，未得到广泛应川。虽然二极管箝位多电平变流器存在中点电位平衡I'u）题，但可通过适当的控制方法解决。因此，低成本、控制简单的二极管箝位三电平PWM整流器成为当前直驱型风力发电整流变换研究的热点。目前风力发电系统通常采用不控整流或二电平PW
4、M整流电路,导致交流侧电压电流波形较差,功率因数不商,尤其对于交流侧发电机的稳定正常运行极为不利。因此，木文介绍了采用SVPWM控制策略的三电平PWM整流器，不仅实现了交流侧功率因数iij调，减小了波形畸变率，而且也可实现大功率的传输，为直驱型风力发电系统的研宄及大规模应川奠定Y基础。1三电平PWM整流器拓扑及工作模式分析1.1电路拓扑二极管中点箝位三电平PWM整流器通过12个功率开关管的27种开关状态组合，每相桥竹输入端产生三电平。图1为本研究的三电平PWM整流器。图中，二极管箝位中性点与输出直流
5、侧的电荞中点连在一起使得交流侧的a、b、c三相对n点的电位可出现3个电平Udc/2、0和Udc/2。//图1三电平PWM整流器拓扑1.2系统建模与分析假没所有元件均为理想元件。根据12个开关在电路中的位置，可将其分为6组:Ski与Sk3,Sk2与Sk4(k=a，b,c)。又设每相的开关函数为Sk(k=a,b,c)，则有如下关系式成立：(1)如果Sk=l,则Skl=Sk2=l,Sk3=Sk4=0,即上桥臂导通，k相输出为Udc/2(2)如果Sk=O,则Skl=Sk4=l,Sk2=Sk3=0,即箝位开关
6、管导通,k相图2二极管中点箝位三电平整流器主电路Fig.2Diode-clampedneutralpointthree-levelrectifier输出为0;»如果Sk=-1,则Skl=Sk2=0,Sk3=Sk4=l,即下桥臂导通,k相输出为-Udc/2。为方便推导系统的数学模型，将上述开关函数进一步分解为Skp,Sko,Skn3个单刀开关，使得Skp=l,Sko=Skn=0时，Sk=l;Sko=l,Skp=Skn=0时，Sk=0;Skn=l,Skp=Sko=0吋，Sk=-1。于是有:Skp+Sko
7、+Skn=lSkl=l或0,(1)式中，k=a,b,c;l=p,o,no图2为二极管中点箝位三电平整流器主电路,设网侧电压Ua,Ub，Uc三相对称，交流侧电感为Ls,直流侧电容为C,负载电流为il。巾于每相桥臂功率器件的开关函数Sil和Si3、Si2和SM(i为a,b,c)分别互补，且己设定上述开关函数，则根据电路理论巾KVL和KCL定律，可以得到abc坐标系下三电平主电路的描述方程：Lsdia/dt=Ua-Rsia-UaNLsdib/dt=Ub-Rsib-UbNLsdic/dt=Uc-Rsic-U
8、cN,(2)式中,UaN,UbN,UcN为整流桥三相交流侧对交流电源屮点的电压。对于直流回路有丄1<111八11=-1^11+(1^(^-1北2)。(3)综合以上各式,省去数学推导可得ABC坐标系下三电平PWM整流器的数学模型为:ZX=ZX+Be,⑷式中，Z=diag[LsLsLsCCLl],X=[iaibicUdclUdc2Il]T,B=diag[111000],e=[UaUbUc000]T,diag为对角矩阵，对于整流器系统的分析和控制器的设计以及控制策略如SVP
