三电平中压风电变流器研究

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1、第45卷第11期电力电子技术Vo1．45．No．112011年11月PowerElectronicsNovember2011三电平中压风电变流器的研究高宁，王勇，蔡旭(1．电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，风力发电研究中心，上海交通大学，上海2002402．海洋工程国家重点实验室，上海交通大学，上海200240)摘要：随着风电变流器向多兆瓦的发展．传统的低压风电变流器系统由于电流应力过大的问题，已不能很好地适应风电系统功率扩展的需求。深入研究了基于三电平技术的中压风电变流器的拓扑结构、主电路参数以及控制算法，研究了高压大功率IGBT的驱动技术，并完成了一台小功率的实验样机。样机基

2、于DSP+FPGA主从处理器控制平台，对拓扑结构、关键性算法等进行了验证。实验结果证明了三电平中压风电变流器方案的可行性。关键词：变流器：风力发电；数字控制平台中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000一lOOX(2011)11-O039—02ResearchonThree-levelMediumVoltageWindPowerConverterGAONing，WANGYong，CAIXu，(1．KeyLaboratoryofControlofPowerTransmissionandTransformer，WindPowerReaserchCenter，Shanghai∞Un

3、iversity，Shanghai200240，China)Abstract：Traditionallow—voltagewindpowerconverterisnolongerappropriateforMW—levelsystemduetothehigh-ercurrentstresses．Thispaperstudiestheapplicationof3-leveldiode-neutral-point—clampedconverterinmediumvolt—agewindpowersystems，inpurposeofinvestigatingthekeyproblemssu

4、chassystemstructure，maincircuits，controlstrategyandIGBTdriver．Thispaperalsodesignsamediumvoltagewindpowerconverterprototypeinlaboratory，veri-tiesthecontrolalgorithmofbacktobackconvertorbasedonDSP&FPGAplatform．Theexperimentalresultshowsthefeasibilityof3-levelmediumvoltagewindpowerconve~er．Keyword

5、s：converter；windpowergeneration；digitalcontrolplatformFoundationProject：SuppoaedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．51177100)1引言了基于三电平技术的中压风电变流器主电路拓扑，对高压IGBT驱动技术进行了研究。设计了一随着风电技术的不断发展，风电变流器的功台实验室样机。实验结果证明了三电平中压风电率等级迅速增大。今后海上风电场所占比重将越变流器方案的可行性。来越大。而海上机组的容量比陆地机组更大。可达3MW以上。在这样的功率规模下，若采用传统的2

6、三电平中压风电变流器主电路拓扑低压变流器方案，电流将达到数千安，所产生的损2．1系统总体结构耗是无法接受的。若采用多变流器并联的方案，又系统总体结构包括主电路部分与控制电路部会产生诸如环流、效率等问题I1J。而中压风电变流分。左侧变流器工作在整流状态，控制发电机运器能够有效减小电流应力，提高系统效率和可靠行；右侧变流器工作在逆变状态，维持直流侧电压性，将是下一代风电变流器的最佳选择之。稳定，所接电网的电压等级为3．3kV。选取NPC三电平变流器具有电压应力低、输出谐2MBI150UH一330模块作为开关器件。它可承受的波低等优势。能得到更高的输出电压，是中压风电最高直流电压为2．7kV

7、，采用NPC拓扑后，直流变流器的理想选择【。在此针对三电平NPC拓扑侧电压最高可达5．4kV，适用于3．3kV系统。在风力发电系统中的具体应用进行了研究．设计2．2高压IGBT的驱动H1对于高压大功率IGBT，需要配套专门的驱动电路进行控制。在此选取了2SD315AI一33作为驱基金项目：国家自然科学基金项目(51177100)定稿日期：2011一O5—30动电路核心，辅以专门的配套电路，完成了中压作者简介：高宁(1987一)，男，浙江海宁人，