基于双馈风电系统网侧九开关变换器研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100307硕士学位论(文学生类别:全日制学术型硕士研究生领域名称：电力电子与电力传动论文题目:基于双馈风电系统网侧九开关变换器研究英文题目:ResearchonGrideSideNineSwitchConverterbasedonDoublyFedWindTurbineSystem学生姓名：廉茂航导师姓名：任永峰教授二○一八年四月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着我国风电装机容量的逐年增长，双馈感应电机风力发电机组凭借着励磁变换器容量小、价格低、机组谐波

2、小等特点在我国目前风电市场中占据着主要份额。然而双馈感应发电机定子直接并网的特殊结构，使其对电压畸变相当敏感。当电网发生故障时，会影响双馈电机正常运行。为解除电网故障工况下对双馈电机的影响，故障穿越运行成为亟待解决的关键问题。本文采用一种九开关变换器替代传统双馈风电机组网侧变换器的新型拓扑结构，仅增加3个IGBT便可以实现并网控制与电压串补一体化功能，从而解决了双馈风电系统因不能故障穿越而造成机组脱网、资源浪费等现象，与其他一些故障穿越方案相比在一定程度上缩减了变换器体积，具有一定的理论研究价值与工程应用前

3、景。首先，本文对采用新型拓扑结构中的九开关变换器工作状态、数学建模及SPWM调制方法进行研究分析。通过仿真验证了SPWM调制方法的正确性，解除九开关变换器中共用开关的耦合关系，实现上、下通道的独立控制。其次，针对系统拓扑结构的运行原理进行分析；此外，系统实现故障穿越，需要有稳定的双馈风电系统作为前提，因此对理想电网条件下的机侧与网侧变换器进行数学建模，通过数学建模形成控制策略。在Matlab/Simlink仿真平台中搭建稳态工况下变速恒频风力发电系统的仿真模型，仿真验证了不同风速工况下系统运行的稳定性及控制

4、策略的正确性。最后，针对系统故障工况进行网侧九开关变换器控制策略的研究分析，研究动态电压恢复器电压检测方法、锁相环技术、动态电压恢复器补偿策略、动态电压恢复器控制策略、网侧九开关变换器控制策略、九开关变换器直流母线电压分配问题及网侧九开关变换器调制方法的选取。通过仿真结果表明九开关变换器运行在电网电压故障期间，通过其动态电压恢复器功能，可对电网电压的短时畸变进行补偿。多种电网电压短路故障工况下九开关变换器均能维持双馈电机机端电压稳定，辅助双馈风电机组实现柔性故障穿越运行。关键词：网侧九开关变换器；双馈感应电

5、机；动态电压恢复器；控制策略；柔性故障穿越I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractAsChina'sinstalledcapacityofwindpowerincreasesyearbyyear,doublefedinductiongeneratorwindturbinesaccountforamajorshareofthecurrentwindpowermarketinChinaduetosmallcapacityofconverter,lowprice,andlowharmonicsofgenera

6、tor.However,thespecialstructureofthedirectgridconnectedstatorofthedoublefedinductiongeneratormakesitverysensitivetovoltagedistortion.Whenthepowergridfails,itwillaffectthenormaloperationofthedoublyfedinductiongenerator.Inordertoeliminatetheinfluenceondoubly

7、fedinductiongeneratorunderfaultconditionsofthepowergrid,thefaultridethroughhasbecomeakeyproblemtobesolvedurgently.Inthispaper,anewtopologicalstructureofnineswitchconverterisusedtoreplacetraditionaldoublefedwindturbinegridsideconverter.WithonlythreeIGBTsadd

8、ed,gridconnectedcontrolandvoltageseriescompensationcanbeintegrated,thussolvingtheproblemofdoublefedwindturbinesystemcannotfaultridethrough,whichcausesdoublefedwindturbineswithgriddisconnection,wasteofresource