直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器容錯(cuò)運(yùn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決化石能源危機(jī)及環(huán)境污染的重要途徑，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。由于低速永磁直驅(qū)式風(fēng)機(jī)具有機(jī)械損耗小，運(yùn)行效率高、能量密度大、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸得到廣泛應(yīng)用。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響日益顯著。為維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性及不間斷運(yùn)行能力得到廣泛關(guān)注。研究表明，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，功率變換環(huán)節(jié)尤其是變流器中的電力電子功率開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路是最易發(fā)生故障的薄

2、弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約其并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。因此，本文以直驅(qū)式低速永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為研究對(duì)象，針對(duì)系統(tǒng)中電力電子器件發(fā)生故障導(dǎo)致的并網(wǎng)側(cè)變流器或機(jī)側(cè)變流器一相橋臂失效這一最常見的故障工況展開了詳細(xì)研究，提出將故障后的變流器重構(gòu)為三相四開關(guān)拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)變流器的容錯(cuò)運(yùn)行及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不間斷并網(wǎng)發(fā)電。為保證故障后永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容錯(cuò)運(yùn)行的性能，本文以理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為手段，深入、系統(tǒng)地分析了容錯(cuò)型三相四開關(guān)拓?fù)鋺?yīng)用于永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的行為特

3、征，提出一系列優(yōu)化手段，減小電力電子器件故障對(duì)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不利影響，實(shí)現(xiàn)故障后的不脫網(wǎng)、不間斷運(yùn)行。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)容錯(cuò)運(yùn)行的三相四開關(guān)并網(wǎng)變流器，提出一種非正交坐標(biāo)變換方法，并推導(dǎo)出變流器在非正交坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，給出了相應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，推導(dǎo)出一種基于非正交坐標(biāo)變換的改進(jìn)型空間矢量調(diào)制方法，可以抑制電容中性點(diǎn)電壓波動(dòng)造成的三相四開關(guān)并網(wǎng)變流器并網(wǎng)電流畸變。⑵提出以并網(wǎng)電流三相紋波值、共模電壓及電

4、容電流應(yīng)力作為衡量容錯(cuò)型三相四開關(guān)并網(wǎng)變流器運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，探討了三種常用的等效零矢量合成方法對(duì)三相電流紋波、共模電壓及電容電流性能的影響，并將有效值計(jì)算方法應(yīng)用于分析零矢量合成方法與三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)系。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，證明零矢量合成方法對(duì)提高容錯(cuò)型三相四開關(guān)并網(wǎng)變流器的運(yùn)行可靠性具有至關(guān)重要的作用。⑶針對(duì)機(jī)側(cè)變流器故障后的情況，建立了考慮電容電壓波動(dòng)時(shí)的容錯(cuò)型三相四開關(guān)機(jī)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)理論分析，綜合考慮永磁發(fā)電

5、機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩等工作狀態(tài)，提出了一種容錯(cuò)機(jī)側(cè)變流器的新型線性調(diào)制區(qū)域判斷方法。同時(shí)，為避免中性點(diǎn)電壓偏置對(duì)線性調(diào)制范圍的影響，提出一種轉(zhuǎn)速自適應(yīng)的中性點(diǎn)電壓控制方法，可以快速消除發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的中性點(diǎn)電壓偏置。⑷針對(duì)容錯(cuò)運(yùn)行的永磁同步發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩性能展開分析，揭示出三相四開關(guān)變流器驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特有原因，并提出相應(yīng)的解決方案。首先，對(duì)機(jī)側(cè)變流器的矢量調(diào)制算法進(jìn)行電容電壓補(bǔ)償，消除電容電壓周期性波動(dòng)造成的轉(zhuǎn)矩二倍頻脈