容錯型三相PWM變流器及其新能源應用.pdf

1、隨著風電光伏在電力系統(tǒng)中裝機容量所占比例日益增加，大規(guī)模光伏和風電接入對電力系統(tǒng)調(diào)度和控制的影響也逐漸引起關注。然而，對于現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)而言，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)變換器仍然是較為薄弱的環(huán)節(jié)。工業(yè)現(xiàn)場調(diào)查結果表明，功率型電力電子開關器件(IGBTs，MOSFETs)是最為薄弱的系統(tǒng)部件。為實現(xiàn)并網(wǎng)變換器開關器件故障后容錯運行，提高變換器并網(wǎng)運行時間和效率，容錯型并網(wǎng)變換器的研究越來越受到重視。為此，本文集中研究了三相PWM變流器中單

2、一橋臂功率開關器件故障這一極為常見工況，對基于三相四開關容錯型并網(wǎng)變流器的建模、調(diào)制和控制進行了詳細的研究，以期實現(xiàn)故障前交流器高性能并網(wǎng)運行和故障后變流器穩(wěn)定可靠的容錯并網(wǎng)運行。為實現(xiàn)理想條件下變流器高性能并網(wǎng)運行，本文提出了一種基于離散域的三相PWM變流器小信號數(shù)學模型。相比于傳統(tǒng)基于連續(xù)域的數(shù)學模型，該模型能清晰描述系統(tǒng)固有參數(shù)、采樣時間、數(shù)字PWM調(diào)制單元和系統(tǒng)延時對動靜態(tài)性能的影響。實驗結果驗證，基于該模型設計的系統(tǒng)調(diào)節(jié)器可以

3、確保三相PWM變流器實際動靜態(tài)性能與期望設計性能一致，實現(xiàn)PWM變流器并網(wǎng)性能最優(yōu)目標。針對提高并網(wǎng)變流器容錯運行可靠性以避免變流器二次故障的現(xiàn)實需求，本文通過研究可靠的控制策略、建立詳細的交流器數(shù)學模型和探究優(yōu)化的矢量調(diào)制算法三個方面的綜合優(yōu)化設計加以解決。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴將三相電流總紋波、共模電壓和電容電流定義為影響變流器穩(wěn)定容錯運行的三個關鍵性指標。探討了并網(wǎng)電流中高次諧波、電容電流中高頻紋波以及共模電壓有效值與

4、零矢量分配之間關系，并將有效值方法應用于分析零矢量分配對三個指標的影響。通過詳細的數(shù)字分析和實驗研究，揭示了零矢量分配對變流器穩(wěn)定運行的影響，為變流器容錯運行關鍵性指標的單一優(yōu)化或兼顧優(yōu)化奠定理論基礎。⑵為實現(xiàn)容錯運行下良好的并網(wǎng)電流品質(zhì)，提出了一種容錯運行變流器并網(wǎng)電流品質(zhì)綜合優(yōu)化方案，兼顧優(yōu)化并網(wǎng)電流中的高頻諧波電流與低頻諧波電流。分析了線性調(diào)制與直流電壓、負載電流之間的數(shù)學關系，提出了一種新型線性調(diào)制函數(shù)以杜絕因過調(diào)制而產(chǎn)生的低次

5、諧波電流。同時，基于前述分析，采用最優(yōu)化的矢量調(diào)制算法以減小并網(wǎng)電流中的高次諧波電流，最終實現(xiàn)容錯運行模型下并網(wǎng)電流品質(zhì)綜合優(yōu)化。⑶為防止變流器故障后出現(xiàn)二次故障，提出了確保并網(wǎng)變流器故障后穩(wěn)定運行的綜合優(yōu)化方案。該綜合優(yōu)化方案包括:一種無需鎖相的容錯運行交流器控制策略、基于比例調(diào)節(jié)器的中性點電壓控制策略和最小化電容電流應力的電壓矢量調(diào)制策略。⑷為防止因電容電流應力過大引起電容故障，進而引發(fā)交流器二次故障，提出了一種減小電容電流應力的混