基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略

直驱风力发电变流器需要全功率变流器,其网侧变流器设计要求低谐波输出、宽电压工作范围、高可靠性及快速的动态响应能力。受现有功率器件及其开关频率、发热等条件制约,采用单模块的变流器难以满足系统要求,因此采用载波移相并联作为并网变流器,使系统冗余性增强、输出电流控制的等效开关频率和采样频率都得到了提高,输出滤波电感的压降减小,提高了系统动态响应能力。针对载波移相并联变流器的环流问题,通过对载波移相并联系统环流数学模型的分析,提出了一种可以有效抑制环流同时改善系统动态性能的总电流输出外环加环流控制环的控制策略。仿真和实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

三电平PWM整流器用于直驱风力发电系统

直驱型风力发电系统的风力发电机需要通过大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,因此研究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PWM整流器模型的跟踪指令电压矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)电流控制策略,使用龙格库塔解析法和Matlab仿真了负载从半载到满载变化时,三电平整流器直流电压的动态响应波形,交流侧电压、电流的变化趋势以及d-q坐标系下有功、无功电流分量跟随参考量变化的波形等。结果表明,该PWM整流器可有效抑制注入电网的谐波,减小交流侧的电流波形畸变;在负载突变时保持直流电压恒定,输出有功、无功可调且动态跟随性能较好。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。     

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。     

永磁直驱风电变流器功率器件损耗分析

永磁直驱风力发电系统在低电压等级下多采用两电平变流器并联运行,而在中压等级下采用三电平变流器较为合适.在分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块损耗的基础上,根据两电平和三电平变流器的工作机理,建立了一套考虑结温效应的变流器损耗计算公式.对永磁直驱风力发电系统中并联两电平和三电平变流器的损耗进行了对比分析,分析结果表明,相对于并联两电平结构,三电平变流器的总损耗可减少27％.实验验证了三电平变流器功率器件开关状态的正确性,损耗分析为MW级风力发电系统中三电平变流器散热设计奠定了基础.     

永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究

为提高永磁直驱风电全功率变流器并联控制效果,提出永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究。首先分析永磁直驱风电全功率变流器拓并联扑结构,建立永磁直驱风电全功率变流器模型,计算无功功率受有功功率波动造成电压幅值产生波动,结合虚拟阻抗使功率在此种情况下耦合,系统总电阻补偿至0时,实现永磁直驱风电全功率变流器并联控制。实验结果表明,采用该方法控制永磁直驱风电全功率变流器并联运行的机侧环流与网侧环流波动较为稳定,验证了该方法的控制性能。     

变速恒频直驱型风电系统变流器拓扑结构研究

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。该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会相应地发生变化。载波相移正弦脉宽调制技术(Carrier Phase Shifted Sinuous Pulse Width Modulation, CPS-SPWM）可以在较低的开关频率下有效地抑制和消除低次谐波,并具有相当大的传输带宽,是一种适于大功率电力电子装置的较佳的开关调制策略。文章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,着重介绍了用CPS-SPWM调制方法控制的五电平级联变流器,及其在直驱型风力发电中的应用。直接驱动型风力发电系统几种大功率变流器拓扑结构对比分析,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。     

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。     

基于电容电压反馈的直驱风力发电变流器控制

在兆瓦级直驱型风力发电系统中,并网变流器控制是实现电能回馈电网的重要环节.针对采用LCL型滤波器结构的风力发电并网变流器在谐振频率附近的不稳定性、选择基于电容电压超前校正结合电网电压电流双前馈补偿间接控制变流器并网输出电流的控制策略.实验结果证明,采用该控制策略可以有效实现并网变流器稳定运行.抑制网侧输出电流谐波,同时具有较好的动静态性能.     

永磁直驱风电系统电机侧变流器的研制

使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统目前的发展很快,采用背靠背变流器作为直驱风电系统全功率变流器具有优良的性能,受到了广泛关注。对背靠背全功率变流器中电机侧变流器的工作原理和PMSG的控制策略进行了详细说明,对其稳态和动态性能进行了仿真分析。构建了实验系统,实现了电机侧变流器对发电机的矢量控制,能够方便地实现发电和电动状态运行。仿真和实验结果表明,采用PWM变流器作为永磁直驱风电系统电机侧变流器,可以实现对PMSG的优良控制,并为向电网输送优质的电能提供保证。     

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.     

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。     

风电变流器改进型断续脉宽调制策略

大功率风力发电变流器中,存在开关损耗和电流总谐波失真THD(total harmonic distortion)难以均衡的矛盾。如何优化调制方式,以提高系统效率,减小电流谐波,是大功率风电变流系统的核心技术之一。针对风电变流器宽频率、宽电压运行范围的特点,分析直驱风电变流器采用断续脉宽调制策略下的损耗和谐波性能,发现不同工况下主要关注指标不同,轻载时电能质量恶劣、开关损耗低,而重载时开关损耗严重、电能质量好;但是常用调制方式很难兼顾。为解决该问题,提出一种适用于永磁同步机直驱风电变流器的新型断续脉宽调制策略,该调制策略对开关损耗和THD的优化特性随变流器工作范围变化,实现不同工况下主要关注指标的优化。最后通过实验平台验证了该方案在重载时减小开关损耗,在轻载时降低电流谐波的有效性。     

全功率变换风电机组机侧换流器与交流系统间动态交互机理及对稳定性的影响

全功率变换风电机组通过一组背靠背连接的电压源换流器将风电功率注入交流电网。研究表明,网侧换流器与交流电网直接连接,其间可能出现强交互、导致系统在扰动作用下出现功率振荡现象。而对于机侧换流器与交流系统间是否有强交互的可能,其如何产生、又有何影响,当前未见有充分的理论分析与研究。为分析机侧系统与网侧系统间的动态交互作用,首先建立了将全功率变换风电机组视为由机侧系统和网侧系统构成的互联系统,并建立其小信号模型。然后,根据互联系统模型与系统框图,发现了风电机组机侧系统与网侧换流器甚至是交流电网间动态交互作用的通道、及影响因素。最后通过仿真算例,进一步分析与验证了机侧系统与网侧系统的动态交互的存在性及其影响。     

双馈风机电网侧变换器控制方法研究

在双馈风机风力发电中,转子侧广泛采用双PwM变换器作为风机励磁及控制器件。针对靠近电网侧的PWM换器的控制方法进行研究,分析了传统直接功率控制方法的原理和特点,针对开关表的使用导致系统开关频率不固定的问题,提出了使用空间电压脉宽调制（SpaceVoltageVectorPulseWidthModulation,SVPWM）技术代替开关表的控制策略。以达到固定开关频率的效果,同时将虚拟磁链（VirtualFlux,VF）理论引入直接功率控制策略中,大大价低了系统复杂程度。仿真结果表明,基于vF—SVPWM的直接功率控制的方法,达到了固定开关频率、降低系统复杂性以及实现电网侧PWM变换器交流侧单位功率因数运行的效果,系统具有良好的动静态性能．     

Control of a polyphase induction generator/induction motor powerconversion system completely isolated from the utility

Two squirrel cage induction machines interconnected via a 20 kHz parallel resonant high frequency (HF) AC link and associated switching pulse density modulated (PDM) power converters are investigated, one operating as a generator and the other as a motor. No capacitors are used for the excitation of the generator or motor. Instead, the real power of the generator is controlled so as to maintain the proper link voltage and match the power between the input and output, Current regulated PDM converters operating via field oriented controllers are used to control both machines. A zero voltage switching technique is utilized with the associated PDM converters. Low harmonic distortion waveforms have been obtained both at the input and output due to the high 40 kHz switching frequency. Link voltage build-up and excitation of the generator by an initial charging circuit, power matching between input and output, and peak link voltage regulation techniques are investigated. Both computer simulations and experimental results demonstrate the feasibility of the proposed system     

反激式高频环节AC-AC变换器并联技术研究

针对反激式高频环节AC-AC变换器输出容量小的特点,提出并研究了这类变换器多模块主从式并联控制策略.并联控制外环采用输出电压瞬时值反馈,内环取各模块的副边电感电流平均值作为均流控制变量,从而去控制各从变换器的工作,使各从变换器副边电流与主变换器一致,达到并联均流的目的.文中给出了两个变换器模块并联实例,并对其进行了稳态...     

Input parallel–output parallel connected modular nonisolated DC-DC converters with current self-sharing capability operating in discontinuous conduction mode

This paper covers the self-sharing analysis of dc-dc nonisolated converters with input parallel–output parallel (IPOP) configuration and operating in discontinuous conduction mode (DCM). The main contribution of the proposed system is its capability of providing self-sharing of the currents on both sides of each individual converter, without average current sharing control, even in the face of parametric variations. This self-balance only occurs for DCM. When the addressed converters operate in continuous conduction mode (CCM), the self-sharing does not occur naturally under parametric differences among them, requiring the use of additional control loops. The use of self-sharing converters in nonisolated converters simplifies the control system, it makes the modular solution being attractive for many applications, and it increases the power range that the DCM converters may be applied. This paper brings the theoretical study of self-sharing of the current mechanism to six basic nonisolated converters operating in DCM. The self-sharing is verified by experimental results, which are obtained from three modules of dc-dc SEPIC converters. Both converters were designed to operate with 200-V input voltage, 125-V output voltage, 1500-W rated power (500 W each module), and switching frequency at 30 kHz.