大功率直驱型风力发电系统拓扑结构对比分析

直接驱动型变速恒频风力发电系统需要采用全功率变流器,对应的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都有相应的变化.对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析.比较了二极管箝位型、级联H桥型、飞跨电容型等直驱风力发电拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题.对比结果表明:飞跨电容多电平变换器的开关负荷不一致,飞跨电容均压难以实现;级联H桥多电平变换器需要独立电源,成本较高:虽然二极管箝位多电平变换器存在中点电位平衡问题,但可以通过适当的控制解决.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.     

风力发电系统中大功率变流器的应用

风电系统对中压大功率变流器的需求日益增加,大功率变流器已引起人们极大的兴趣。直接驱动型变速恒频风力发电是一种新型的发电技术,它具有无齿轮箱、机械磨损小、整机效率高,运行维护成本低等优点,在风力发电领域中有着很好的应用前景。为掌握变流器的设计制造技术,推动我国风电事业的发展,首先对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,着重介绍了直接驱动型风力发电系统几种大功率变流器拓扑结构,比较了各种拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题,并对大功率变流器在风力发电系统应用中的可行性进行了相关分析与探讨,为直驱风力发电系统拓扑结构的选型提供了参考基础。采用的二极管箝位五电平级联H桥拓扑,结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势,需要较少的箝位二极管和独立直流电源,即可进一步提高输出电压等级,使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路,可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构对比分析

直驱式变速恒频风力发电系统由于其采用低速永磁同步发电机结构,系统无需齿轮箱,具有机械损耗小,运行效率高,维护成本低等优点而受到了越来越多的关注。针对直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构进行研究,对比分析了晶闸管变流器,电压源型逆变器,电流源型逆变器等各种变流器结构,指出了各自的优缺点。     

直驱风电系统的一种多电平拓扑及其并网研究

在直驱式变速恒频风力发电系统中,为了更好地适应系统容量的不断提升,同时在现有的电力开关器件耐压条件下,提高变流器输出电压等级和性能以降低线路传输损耗,将低速多相永磁同步发电机与级联型多电平逆变器直接耦合起来,形成了一种可实现高效率电能变换的新型拓扑结构。网侧采用电网电压定向控制策略对级联型多电平逆变器进行控制,实现了电流有功、无功分量的解耦及单位功率因数并网。对级联型多电平逆变器的开关调制则采用了一种基于多个两电平系统组合的多电平SVPWM方法,简化了调制算法。基于Matlab7.1的并网仿真结果验证了这一方法的可行性。     

基于DSP与FPGA的2MW双馈风电变流器控制系统研究

目前风电技术可以分为恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。变速恒频风力发电机可以提供更高的风能利用效率,所以越来越多的为大功率机组所采用。其中双馈式风力发电系统由于变流器的额定功率小,电动机结构简单的优点占据了主导地位。本文为2MW双馈风电变流器设计了基于TMS320C28346与FPGA的双馈风力发电变流器系     

变速恒频风力发电系统的并网控制分析

通过对风力机的风功率特性分析,阐明了为最大限度地利用风能风力发电系统的主流控制方式是变速恒频的控制方式,对交流整流子、电磁滑差联接、转差频率励磁、磁场调制、交—直—交变换、双绕组双速异步、高滑差异步以及开关磁阻等几种常见的变速恒频风力发电系统的并网控制进行了介绍及对比分析,并着重分析了变速恒频双馈发电机风力发电系统的并网控制。     

变速恒频风力发电系统中的电力电子技术

对变速恒频风力发电系统中的电力电子技术的最新发展做了全面综述。介绍了常用的变速恒频发电系统的典型结构及其优缺点,并重点以直驱型风力发电系统和双馈型风力发电系统为例,介绍了全功率变换器、双脉宽调制（PWM）变换器、矩阵变换器等典型的功率变换技术及其在系统中的应用。另外,还介绍了转子电流控制器等一些最新的在变速恒频风力发电系统中应用的电力电子变换技术。     

适合直接驱动型风力发电系统的飞跨电容型变流器

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口,飞跨电容型多电平变流器是首选方案。在大功率电力电子变流装置的实现上,一个重要的问题是大功率器件的工作频率较低,无法应用PWM技术等优秀的调制技术。因为载波相移正弦波脉宽调制技术(CPS-SPWM)的等效开关频率高,采用该技术后可以引入各种先进的控制策略,优化系统的性能指标,同时改善输出波形,减小了滤波器容量。仿真和实验验证了上述结论的正确性。     

永磁直驱风电系统运行特性的仿真分析

对采用永磁同步电机的直接驱动型变速恒频风电系统进行建模,详细分析了系统在最佳叶尖速比捕捉最大风能、Chopper电路及桨距角控制增强低电压穿越能力的机理。利用M atlab/S imu link构建了采用全功率变流器的永磁直驱风力发电系统的仿真模型,对系统的最大风能捕捉及低电压穿越的动态响应进行了仿真验证。仿真结果表明,系统具有较高的效率和良好的低电压穿越能力。     

载波相移SPWM级联H型变流器及其在有源电力滤波器中的应用

提出了基于CPS-SPWM技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H型变流器拓扑结构的结合。这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,具有结构简单、传输频带宽、动态响应好等优点。文中将这种变流器用在有源电力滤波器这样大功率场合,在并联有源电力滤波器系统中,由于直流侧不需要提供有功功率,级联型多电平变流器的优势可以得到充分的发挥;而载波相移PWM技术良好的谐波传输特性也可以得到良好的利用。仿真和实验结果表明基于CPS-SPWM技术级联 H桥型多电平变流器的SAPF系统能够在较低的器件开关频率下实现较好补偿效果,具有良好的工业应用前景。     

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。     

直驱风力发电系统三电平变换器控制策略研究

针对基于NPC型三电平变换器的永磁直驱风力发电系统存在的直流侧电容中性点电位不平衡问题继续研究。根据NPC型三电平变换器的特点,采用简化SVPWM调制算法,采用实时电流监测(Real-time Current Detection,RCD)电位平衡控制策略,结合机侧变换器、网侧变换器所采用转子磁场定向控制策略和电网电压定向控制策略,建立了三电平永磁风力发电系统变换器控制策略,在实现最大风能跟踪、有功无功解耦控制的同时抑制了中性点电位不平衡。基于MATLAB/Simulink仿真环境搭建系统模型,通过仿真验证控制策略的可行性和正确性。     

永磁风电系统低电压穿越控制策略研究

针对Boost升压型永磁直驱型风电系统,分析了其发电机侧和网侧变流器的控制策略.为增强其低电压穿越能力,提出了一种基于转子储能和网侧无功优先输出的控制策略.通过减小发电机的有功输出来降低直流侧过电压,通过控制网侧无功输出来提升电网电压.基于Matlab/Simulink 7.10搭建了仿真模型.仿真结果证明了该控制策略的有效性.     

风能并网系统中双Boost变换器的研究

对直驱式风力发电系统中交错并联控制器的研究和控制进行了较为深入的分析,得出了单Boost电路下的小信号模型下的传递函数,并据此设计了PI参数。对并联的Boost电路的均流控制和控制时的电流采样时间进行分析。对此,在3.5 kVA的并网逆变器上进行了实验验证,实验结果验证了设计的正确性和价值。     

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。     

直驱式风力发电变流系统拓扑方案研究

为了满足直驱式风力发电系统的大容量、高功率密度以及高可靠性需求,提出同时采用功率模块并联和变流器并联的主电路拓扑方案。首先,采用智能功率模块并联扩大单台变流器的容量,并利用差模电感对其存在的动态环流进行有效抑制,简单可靠;其次,利用六相永磁同步电机中两套三相绕组之间的电气隔离,解决了机侧以及网侧变流器并联存在的零序环流问题,一方面扩大了系统容量,增加系统冗余性和可靠性,同时还可利用谐波对消技术减小注入电网的电流谐波。通过试验对文中所述系统方案的可行性进行了验证。     

海上风电直流汇集DC-DC变换器拓扑与控制策略分析

海上风能资源丰富,大规模远距离的海上风电是未来风力发电的趋势。作为风电直流汇集传输的核心设备,适用于高压大功率的DC/DC变换器研究尤为重要。已有的DC/DC变换器大多工作于中低压小功率环境,为此文章介绍了海上风电DC/DC变换器的技术需求,详述了适用于海上风电直流汇集的模块组合式DC/DC变换器拓扑结构、子拓扑结构、控制策略,总结分析了模块组合式DC/DC变换器需进一步研究的内容,为其应用于海上风电直流汇集提供了参考。     

永磁直驱风电系统电压源型变流技术

为了电压源型变流器能在风电系统中的得到良好的应用效果,建立了电压源型变流器的数学模型,将其应用于永磁直驱风力发电系统中,在数学模型的基础上提出空间矢量脉宽调制的双闭环变流控制方案,双闭环采用是速度外环和电流内环控制。在Matlab/Simulink中对该种控制方案进行建模仿真,仿真结果表明,通过对变流器的控制能实现最大风能俘获功能,使发电机能向电网稳定输送功率,其电能频率与电网能频率能保持一致,并实现了单位功率因数传递电能。     

并联双PWM变流器在低速永磁直驱风力发电系统中的应用

基于大功率低速永磁直驱风力发电系统高可靠性要求,以背靠背载波移相并联双脉宽调制（PWM）变流器作为永磁直驱风力发电功率变换单元,对变流器冗余性、并联特性、输出开关纹波特性进行了分析设计。重点针对载波移相并联单元间存在的环流问题进行了分析,提出了一种低频环流抑制方案。另外,采用基于现场可编程门阵列（FPGA）作为辅助处理器的控制器方案实现载波移相并联控制。经过实验验证了所述变流器在可靠性、环流抑制性能、谐波特性,以及硬件实现等方面均能较好地满足系统要求,可适用于低速永磁直驱发电系统。