基于RB-IGBT的電流源型風(fēng)電變流器研究.pdf

1、隨著化石能源的大量使用，能源危機和環(huán)境污染日益成為人類面臨的重要問題，風(fēng)能作為最具開發(fā)前景的可再生清潔能源，近年來在全球范圍內(nèi)得到了充分開發(fā)和利用。隨著風(fēng)電技術(shù)迅速發(fā)展，高可靠性和低維護成本的風(fēng)電機組越來越受到人們的關(guān)注和研究。電流源型變流器由于功率器件數(shù)量少、無直流母線電容，可靠性高。但傳統(tǒng)的電流源型變流器由于開關(guān)器件的限制，在成本以及體積方面均不及相同功率等級的電壓源型變流器，由于半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)展，尤其是高頻逆阻型器件RB-IG

2、BT的問世，使得電流源型變流器有被應(yīng)用于風(fēng)電變流器中的可能。本文以基于永磁同步電機的電流源型風(fēng)電變流器為研究目標(biāo)，針對機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器控制策略、最小直流電流控制、LC諧振抑制等方面展開研究，本文主要研究工作和創(chuàng)新點總結(jié)如下：
　　(1)介紹了基于永磁同步電機的電流源型風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各部分工作原理，詳細分析該風(fēng)電系統(tǒng)中的風(fēng)力機、永磁同步電機、電流源型變流器等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并推導(dǎo)出了其數(shù)學(xué)模型。
　　(2)根據(jù)基于永磁同步電機的電流

3、源型風(fēng)電系統(tǒng)中各部分結(jié)構(gòu)的控制目標(biāo)，設(shè)計了對應(yīng)的控制策略。針對風(fēng)力機實現(xiàn)最大風(fēng)功率捕獲(MPPT)的目標(biāo)，介紹了3種使風(fēng)力機在不同風(fēng)速下捕獲最大風(fēng)功率的控制策略，并給出了3種控制方法的優(yōu)缺點對比；針對機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的控制目標(biāo)，設(shè)計了基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的機側(cè)控制策略和基于電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)控制策略；針對電流源型變流器直流電流受風(fēng)速影響的特點，從降低系統(tǒng)損耗的角度出發(fā)，分別推導(dǎo)了滿足機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器控制需求的最小直流電流，并給出了變流

4、器可正常運行的最小直流電流邊界條件。最后通過MATLAB仿真驗證了控制策略的正確性和有效性。
　　(3)針對網(wǎng)側(cè)變流器中的LC濾波器以及發(fā)電機定子電感與機側(cè)濾波電容存在諧振的問題，本文以電流源型整流器(CSR)為例，在分析LC諧振機理的基礎(chǔ)上，引入了一種基于電感電流反饋的有源阻尼控制策略，并詳細分析了電網(wǎng)電感對有源阻尼控制的影響，提出了電網(wǎng)電感的檢測方法，最后給出了一種引入電網(wǎng)電感修正的有源阻尼控制策略。為提升系統(tǒng)可靠性，本文在分

5、析虛擬磁鏈思想和CSR數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過狀態(tài)重構(gòu)的方法，設(shè)計了電網(wǎng)電流觀測器，從而實現(xiàn)了無交流電流傳感器的有源阻尼控制。最后通過MATLAB仿真驗證了電網(wǎng)電流觀測器的正確性和有源阻尼控制策略的有效性。
　　(4)詳細分析了電流源型變流器中的空間矢量調(diào)制策略，為定量分析基于RB-IGBT的電流源型風(fēng)電變流器損耗，本文給出了一種分析基于SVPWM調(diào)制的電流源型變流器損耗方法，建立了不同調(diào)制策略下的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗模型。以基于高速逆