基于RB-IGBT的电流源型双馈风电变流器

发布时间：2023-11-11 10:17

　　电流源型变流器具有鲁棒性强、短路保护能力强、故障穿越能力强等优点,并且随着半导体技术的发展和高开关频率逆阻型器件RBIGBT的出现,高开关频率的PWM电流源型变流技术能够使变流器实现轻量化,从而改善了传统电流源型变流器开关频率低、无源器件大、动态响应速度慢的缺陷,使轻量化的电流源型变流器可以获得与电压源型变流器相比拟的静态性能和动态性能。本文将基于RB-IGBT器件的高开关频率PWM电流源型变流技术应用于双馈风电机组,系统地分析了其拓扑结构、工作原理和调制方式,并给出了高开关频率下电流源型变流器的主电路参数优化设计方案,使变流器能够实现轻量化。通过对系统的建模分析,提出了电流源型双馈风电变流器的最小直流母线电流控制策略,并给出了系统静态工作点的计算方法;此外,根据系统的状态空间方程,对系统进行小信号建模,在此基础上提出了控制器参数的完整设计方法,使该系统能够获得优秀的动态性能。最后,本文通过仿真和硬件在环实验,验证了系统结构、主电路参数设计、控制策略、控制器设计的有效性与正确性。

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 风力发电背景介绍
        1.1.2 风力发电系统结构
        1.1.3 大功率变流器在风电领域的应用
        1.1.4 逆阻型IGBT介绍
    1.2 电流源型变流器的研究现状
    1.3 本文主要研究内容和创新点
第二章 电流源型变流器的拓扑与调制
    2.1 电流源型变流器与风电系统的拓扑
    2.2 电流源型变流器的调制策略
    2.3 调制策略与直流电流纹波的关系
    2.4 仿真验证
    2.5 本章小结
第三章 电流源型双馈风电系统的数学建模与稳态分析
    3.1 系统数学模型
        3.1.1 风力机模型
        3.1.2 双馈电机模型
        3.1.3 网侧变流器模型
        3.1.4 网侧并网电路模型
        3.1.5 机侧变流器模型
        3.1.6 直流回路模型
        3.1.7 系统空间状态方程
    3.2 稳态工作点分析
        3.2.1 稳态方程
        3.2.2 转子侧最小直流电流计算
        3.2.3 网侧最小直流电流计算
    3.3 本章小结
第四章 电流源型双馈风电变流器的主回路参数优化设计
    4.1 机侧滤波器参数设计
    4.2 网侧滤波器参数设计
    4.3 直流母线电感参数设计
    4.4 仿真验证
        4.4.1 转子电容选型的仿真验证
        4.4.2 网侧滤波器选型的仿真验证
        4.4.3 直流电感选型的仿真验证
    4.5 本章小结
第五章 电流源型双馈风电系统的控制策略
    5.1 系统控制策略
        5.1.1 机侧控制策略
        5.1.2 网侧控制策略
        5.1.3 最小直流母线电流控制策略
    5.2 仿真验证
    5.3 本章小结
第六章 基于小信号模型的控制器参数设计
    6.1 系统小信号模型
    6.2 网侧PI控制器参数设计方法
    6.3 具体算例
    6.4 仿真验证
    6.5 本章小结
第七章 电流源型双馈风电变流器的硬件在环实验
    7.1 硬件在环简介
    7.2 程序总体框架
    7.3 关键模块算法
        7.3.1 数字PI控制器
        7.3.2 数字三相锁相环
        7.3.3 坐标变换模块
        7.3.4 空间矢量调制模块
    7.4 实验结果与分析
    7.5 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 主要工作与创新点
    8.2 后续研究工作
参考文献
附录1 仿真与实验参数
附录2 CSC-DFIG的小信号模型
基金资助
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文



本文编号：3862444