基于九开关变换器的双馈风力发电系统研究

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1、分类号学号M201171158学校代码10487密级硕士学位论文基于九开关变换器的双馈风力发电系统研究学位申请人：梁宗泽学科专业：电气工程指导教师：邹旭东副教授答辩日期：2014年1月7日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonDoubly-fedWindGenerationSystemBasedonNine-SwitchConverterCandidate:LiangZongzeMajor:Electri

2、calEngineeringSupervisor:A.Prof.ZouXudongHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei,P.R.China,430074Jan.7,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授

3、权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据本文工作得到国家自然科学基金项目(项目编号：51207065)资助。谨致谢意！万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要伴随着大规模风电技术的快

4、速发展，风电装机容量在整个电力系统中的比例日益提高，为保证电力系统的安全稳定运行，电网故障时的低电压穿越运行是风电并网规范对风力发电机组的重要要求之一。目前，双馈型风力发电机组在风力发电市场上占有较大份额，因此提高双馈发电机的低电压穿越能力是一项亟待解决且极具挑战的研究热点。目前，针对双馈风电机组的低电压穿越问题，一种不增加硬件成本、不改变系统结构的方法是通过变流器的励磁控制策略实现的。但是这种方法需要较大的变流器容量，这部分容量在系统正常运行下会造成浪费。典型的双馈风力发电系统通常采用背靠背双PWM变流器。本文提出用新型九开关变换器替代背靠背变流器来实现双馈机组

5、的低电压穿越，并且在正常运行时，九开关变换器的容量又能得到充分利用。九开关变换器是通过开关管复用将背靠背变流器的十二个开关管缩减为九个而组成的新型AC/AC拓扑。该拓扑具有所用开关器件少、结构简洁的特点，通过其特有的SPWM调制，可以实现与背靠背变流器同样的功能。但由于九开关变换器特殊的结构，其直流母线电压将会比背靠背变流器直流侧电压高很多，并且每个开关管的耐压耐流容量也要比背靠背变流器中的高，这是其拓扑结构所固有的缺陷。但这在双馈风力发电应用场合，缺陷能够转化成优势。因为较高的直流侧电压和较大的器件容量使其较容易实现低电压穿越的励磁控制。而在正常工况下，又可以充

6、分利用变换器的九个开关器件，不造成容量的浪费。因此，将九开关变换器作为双馈风电机组的变流器，无论是在稳态运行还是在故障下的穿越运行，都显示出了比背靠背变流器更有优势。本文通过对九开关变换器的调制原理进行深入分析，得出其在双馈发电机组中的端口对外等效形式，从而将基于九开关变换器的双馈风力发电系统等效为网侧等效部分和机侧等效部分，简化了系统的分析。在d轴电网电压定向同步旋转坐标系下，分别对网侧等效变换器和机侧等效变换器进行建模分析，给出其控制策略，结合九开关I万方数据华中科技大学硕士学位论文变换器的调制条件给出了每一部分正常运行的调制控制框图，并通过仿真和实验验证系统

7、控制策略的正确性。对于在电网电压跌落的低电压穿越过程中，本文结合一台典型的兆瓦级双馈发电机分析了九开关变换器在开关器件电流容量和直流母线电压方面相对于背靠背变流器的优势。在一种简单抑制转子侧过流的励磁控制策略下，通过两种系统的电压跌落仿真验证了九开关变换器在双馈机组低电压穿越中的优势。关键词：九开关变换器，双馈风力发电系统，网侧等效变换器，机侧等效变换器，低电压穿越II万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofwindpowergenerationtechnology，thepenetrationofwindpower

8、gener