基于Quasi-Z源逆变器的风力发电系统控制

发布时间：2020-09-30 01:08

　　随着世界范围内的电力需求的增长,对于可再生能源的需求也在快速地增长。风能是一种自然馈赠的永不枯竭的清洁能源,目前,风能与其他能源相比,越来越有竞争力。众所周知,变速风力发电机能比恒速发电机捕获更多的风能。然而,大部分的负载都要求电网设置一个固定的频率。带有直流斩波电路的传统电压逆变器能够满足负载对于电压和频率的要求。但是,正是由于传统的电压逆变器只能提供比输入电压低的输出电压,所以,必须增加直流斩波电路增加逆变器的升压功能。虽然该方法下的拓扑电路是可行的,但是增加了系统的成本和复杂度。Quasi-Z源逆变器的提出不仅能够打破传统逆变器的限制,而且电路拓扑更加简单,除此之外,Quasi-Z源逆变器具有更高的工作效率和更低的系统成本。因此,Quasi-Z源逆变器非常适用于风力发电系统。本文将Quasi-Z源逆变器应用于风力发电系统,对该系统的工作原理和控制方法进行了详细介绍,为了验证该系统的有效性,给出了本系统的仿真结果。主要进行了以下几个方面的工作:第一,分析了风力发电的国内外发展状况,风力发电模块选用直驱式永磁同步风力发电机,建立了基于Quasi-Z源逆变器的风力发电机系统的数学模型。阐述了Quasi-Z源逆变器的的不同的工作状态,分析了Quasi-Z源逆变器的工作原理,得出Quasi-Z源逆变器的数学表达式和升压系数。Quasi-Z源逆变器相较于传统逆变器,Quasi-Z源逆变器的结构更加简单,系统的安全性和可靠性更高。第二,利用状态空间平均法建立Quasi-Z源逆变器的小信号模型,得出占空比到电容电压和占空比到电感电流两个传递函数,并给出了Quasi-Z源逆变器的小信号流图,简化了小信号模型的结构。针对永磁同步风力发电机,建立了风力发电机的数学模型。分析了风能利用系数与叶尖速比的关系,并给出了其仿真结构图与仿真结果图。第三,针对Quasi-Z源风力发电系统的并网,分析了风力发电系统并网时的稳态功率特性,以及并网过程中不同坐标系下电压的变换过程。将Quasi-Z源逆变器的直通工作时间以一定的规则插入到传统SVPWM控制中,建立了适用于Quasi-Z源逆变器的SVPWM控制方法。运用电网电压定向矢量控制技术对风力发电系统输出电压与电网电压进行控制,进而实现风力发电系统并网。第四,针对Quasi-Z源逆变器,分析了Quasi-Z源逆变器中电容和电感在Quasi-Z源逆变器工作过程中的影响,设计了LC网络电容电感等参数的取值方法,并给出了基于Quasi-Z源逆变器的风力发电系统仿真。第五,提出了基于Quasi-Z源逆变器的电流预测自适应变步长MPPT控制技术。根据Quasi-Z源逆变器的不同工作状态,建立了电流预测自适应变步长算法的离散化数学等效模型。利用matlab/Simulink软件对该模型进行Quasi-Z源逆变器的并网仿真,给出了不同风速情况,系统的电压跟踪效果以及并网结果,验证了该MPPT算法的可行性和正确性。本文工作的主要创新之处有:提出了基于Quasi-Z源逆变器的电流预测的自适应变步长MPPT控制技术;建立了该算法下的Quasi-Z源逆变器的离散化数学等效模型;模拟了不同风速情况,该算法的跟踪效果,给出了该算法用于Quasi-Z源逆变器的并网控制方法。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM315;TP273
【部分图文】：

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风能是因空气流动做功而提供给人类能量从古时候起人们就已经借助风车把风的动人们利用风力发电机将风能转化为发动机利用已经随着社会生产力水平的发展，越成为国际社会推动能源转型、改善全球环所面临的能源危机，而且对于减少化石能等方面具有十分重要的意义。长的能源需求与化石能源逐渐减少的矛盾关系着全球的经济发展，而且对于气候变所公布数据可以看出，如图 1-1，在我国。2018 年，我国化石能源消耗比例在全能源发展战略计划》中指出，到 2030 年，生能源的比重将增加到 32%，这推动我国[1]。

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华北水利水电大学硕士学位论文量大，获取方便，取之不尽，用之不竭是一种可再生清洁能源国的能源现状，风能的利用已经成为国内外专家和学者在能源国在风力发电技术研究与应用方面都比别的国家起步晚，近年与经济发展，我国的风力发电技术有了巨大的进步。风能的使，而且为人类提供了一种清洁的可再生的能源，能够有效减少于我国经济与生态的可持续发展具有促进作用。我国无论是在处于世界前列，因此，要想改变我国的能源结构，就必须对可的重视，促进我国的可持续发展。近几年，我国风力发电飞速是发电量都有了巨大的进步。我国近十四年的风力发电趋势如图可以看出，近年来我国的风力发电的发展十分迅速，呈逐年增中国的风电装机容量已达到 220，000 兆瓦[2]。仅在 2018 年，生了 188，232 兆瓦的电力。

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还是发电量都有了巨大的进步。我国近十四年的风力发电趋势如图势图可以看出，近年来我国的风力发电的发展十分迅速，呈逐年增加7 年，中国的风电装机容量已达到 220，000 兆瓦[2]。仅在 2018 年，中就产生了 188，232 兆瓦的电力。图 1-2 中国风力发电装机容量图Fig. 1-2 China's installed wind power capacity figure

【参考文献】