一种应用永磁同步发电机与z源逆变器新型变速风能转化系统

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1、种膻刚水磁同步发电机和Z源逆变器的新型变速风能转化系统一种应用永磁同步发电机和Z源逆变器的新型变速风能转化系统(英)SeyedMohammadDehghan等摘要：随着能转化系统的发展，发展了各种杆】关技术。由于永磁同步发电机具有重量轻、体积小、性能高，并且取消了轮箱的独特性能，它被这些技术所应用．本篇论文提议了一种应用永磁同步发电机和z源逆变器的新型变速风能转化系统利用z源逆变器的特征来实现最大功率跟踪控制，同时将电能传送到电网。提议r两种将电能传送到电网的挎制方法：电容式电压控制和直流电压控

2、制。从电能质量及总开关没备功率的角度对采用这两种方法的系统的运行情况进行_『比较此外，对本文昕提议系统的总开关设备功率、电感器纹波电流、性能、及电流的总谐波畸变与传统的带有升变流器的风能系统进行比较关键词：最大功率点跟踪挖制，水磁同步发电机，风能转化系统，Z源逆变器变器以使高质量的电能传送到电网【2】一【4】。I前言由于Z源逆变器具有很多固有优势：如升压风力机作为能量来源，其应用在全球已显著增【7】，近来有报道声称它是现存的逆变器拓扑结构强加。随着风能转化系统应用的持续增多，各种相关技有力的竞争

3、对手。逆变器通过同时开通同一桥上的术也得以发展。由于永磁同步发电机发电系统具有两个开关(直通状态)来获得升压的性能。很多优点，该系统已在风能应用的发展中代表着种本篇论文提议了一种应用永磁同步发电机和Z重要趋势【1卜【6】风能转化系统的两个重要目标：源逆变器的新型变速风能转化系统。图2展示了提从风中最大限度地汲取到能量，为电网供应高质量议的拓扑结构。有了这种拓扑结构，升压变流器就可的电能。实现这些目标，交流一直流一交流变流器是风以省略，而风能转化系统的性能未发生任何改变。不能转化系统最佳拓扑结构之

4、一【2卜【61。图1展示了仅如此，因为逆变器的任何一相桥都允许有短路发永磁同步发电机的交流一直流一交流拓扑结构的一个生，因此这一系统的可靠性得到了极大地改进。并常规配置。这种配置包括：二极管整流器，升压式直且，在这种配置中，由于相桥不需要死区时间，逆变流一直流转换器和三相逆变器。在这种拓扑结构中，器输出电能的畸变现象减少。控制升压式变流器以实现最大功率点追踪，控制逆图l常规的应用永磁同步发电机和图2提议的应用永磁同步发电机和直流升压斩波变速风能转化系统Z源逆变器的变速风能转化系统一37一电气牵引

5、2009年第2期(总第118期)论文的第Ⅱ部分介绍了z源逆变器，描述了整流器供电给Z源逆变器的工作过程。接着介绍了电能的传递及系统的最大功率点跟踪控制。最后，呈现了模拟实验结果证实了提议的系统的性能。ⅡZ源逆变器图3展现了Z源逆变器。逆变器的直流侧有一阻抗网络，它将电源连接到逆变器。阻抗网络由两个电感器和两个电容器组成。常规电压源逆变器有6个作用向量和2个零向量。然而，Z源逆变器额外有图4Z源逆变器的脉冲调制控制方法一个用于升压的零向量(状态)，称为直通向量。在这图4阐明了z源逆变器简单的脉冲调

6、制控制方种状态下，负载端子通过任一项桥，或任两相桥或全法。这种方法采用了额外的两条直线和一作体有三相桥的上下桥臂的器件被短路。为直通信号。当载波信号比sc大或者比一小时，逆变器就产生一个直通量。值通过以下公式计算旦(8)71在提议的风能转化系统中，装有输入电容器(，cb和)的一个二极管整流桥作为直流电源供电给Z源逆变器。图5展示了这种配置。由于二极管整流过程中的线路电感和逆变器的直通模式，输入图3电压形式的Z源逆变器电容器抑制可能发生的电压浪涌。【9】如【7】中所述，直流环节的电压可以表示为Vi

7、=BVd((1)其中，BV出是源电压，为升压因数，由以下公式确定永磁1=——_l一(2)1-2(To／T)其中，为开关操作周期71内的直通时间间隔，输出相电压峰值V为图5采用二极管整流桥供电的Z源逆变器螂(3)2任何时间，仅带有最大电位差的两相可能导通，其中，M为调制指数，电容器电压可以表示为使电流从永磁同步发电机侧流到阻抗网络侧。图6Vc=Vcl=@=V(4)展现了在每个周期中6种可能的状态。在每种状态其中，下，一个上二极管，一个下二极管，和相应的电容器=T-To(5)是工作的。例如，当相“a

8、”与相“b”之间的电位差最大与之间的关系可以表示为时，二极管Dpa和Dnb与电容器Ca串联导通。如图V；=2Vc-Va．(6)7所示。电感电流纹波可通过以下计算每一运行间隔，逆变器以两种模式运行。在模式AI：(7)1中，逆变器在直通状态下运行。在这种模式中，二一￡极管(Dpa和Dnb)关断，直流环节与交流电线分开。图8展示了这种模式的等效电路。模式2中，逆变器应用了6个作用向量之一或2个零向量，这样从z一38—一种应用水磁同步发电机和Z源逆变器的新型变速风能转化系统永磁图8模式1z源逆变器的等效