基于改进型Quasi-Z源逆变器的永磁风电并网控制研究

发布时间：2019-09-26 10:03

【摘要】：在新能源发电的热潮下,太阳能发电技术、风力发电技术等为代表的新能源发电技术得到了高速发展。其中,风能以其取之不尽、用之不竭、无污染的特点而成为新能源发电领域的热点。由于风速的不确定与间隙性,永磁同步发电机输出电压的幅值和频率都随转速不断变化,不能直接并网。因此,在发电机和电网之间存在变流装置。并网逆变器作为连接发电机与电网的接口器件,其选择是否合理将直接影响到整个系统的运行性能。传统的变流装置采用三相电压源逆变器,但是三相电压源逆变器为降压型逆变器,为了满足风电系统的要求需要加入BOOST型的DC-DC升压电路,在一定程度上降低了系统的效率,且使得变流装置变为二级结构,使得控制更加复杂。且为防止开关器件的误开通、误关断需要在开关信号中加入死区时间,而死区时间的加入会使得逆变器输出波形的谐波含量增加。Z源逆变器作为一种新型的功率变换拓扑结构,克服了传统逆变器的缺点,无需插入死区时间且具有升压特性。但是Z源逆变器也存在一些缺陷,针对传统Z源逆变器的缺陷,本文在传统Quasi-Z源逆变器的基础上,提出三种改进型Quasi-Z源逆变器拓扑结构,以改善逆变器的工作性能。最终将其应用在风电并网系统中,通过双闭环控制策略实现其有效并网。本文的主要研究内容如下:(1)首先对永磁直驱式风力发电机组各部分工作原理及运行特性进行了详细分析,建立了风力机的数学模型。(2)针对传统Z源逆变器的固有缺陷,提出了3种改进型Quasi-Z源逆变器拓扑结构,通过将开关电感单元与传统Quasi-Z源逆变器中的电感器件互换。利用开关电感中二极管工作状态的变化,将其在直通状态期间将储存在开关电感的能量传递给负载,从而提升了改进型Quasi-Z源逆变器的增压特性,在提升增压能力的同时,Z源阻抗网络电容电压的应力得到显著降低。(3)对于直流侧,采用状态空间平均法建立其小信号模型。根据小信号模型构造出电压环的控制策略,利用电容电压间接控制直流链母线电压,使其保持在稳定。对于交流侧,采用基于电网电压定向的矢量控制,该矢量控制开关频率固定,控制效果良好,因此应用最为广泛。最终建立了基于Z源阻抗网络电容电压环和网侧电流环的双闭环控制策略。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM464;TM614

【参考文献】

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本文编号：2542072