3mw／3kv直驱风力发电并网变流器设计

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1、第47卷第lO期电力电子技术Vo1．47，No．102013年10月PowerElectronics0ctober20133MW／3kV直驱风力发电并网变流器设计李经纬，童亦斌，苏昆仑，吴学智(北京交通大学，电气工程学院，北京100044)摘要：介绍了3MW／3kV直驱式风力发电并网变流器的设计。详细论述了主回路参数设计、IGBT并联技术、变流器控制方案。所设计的变流器主电路采用三电平拓扑加LCL滤波器的结构；控制系统使用双DSP控制，机侧和网侧分别采用基于扩展反电势估算的无传感器矢量控制和电网电压定向

2、矢量控制。最后通过实验验证了所设计变流器的有效性。关键词：变流器；并网；三电平；滤波器中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000—100X(2013)10—0012—033MW／3kVDirect·driveWindPowerGrid-connectedConverterDesignLIJing—wei，TONGYi—bin，SUKun．1un，WUXue—zhi(BeijingJiaoUniversity，Beijing100044，China)Abstract：111ispaperintr

3、oducesa3MW／3kVdirect—drivewindpowergrid—connectedconverterdesign．Thedesignsofmaincircuitparameter，IGBTparalleltechnology，convertercontrolstrategyarediscussed．Converterusealotoftech．nologytomeetthedesignrequirementssuchasthree—leveltopology，LCLfilter，doub

4、leDSPcontro1．Sensodessvectorcontmlbasedonextendedback—EMFestimationandpowersystemvoltageorientedvectorcontm1．Finally，thispaperverifiestheefectivenessofdesignconverterthroughexperiments．Keywords：converter；grid—connected；three．1evel；filterFoundationProject

5、：SupportedbyN~ionalHighTechnologyResearchandDevelopmentofChina863ProgramfNo．2011AA05A306)1引言JK卒Cp．‘JJJ机侧相比陆上风电，海上风电多采用大功率直驱MPI鬯机组fl_，因此开发大容量直驱变流器具有很强的现实意义。目前大容量电力电子设备多采用中压ljK等级，这对电力电子器件的耐压提出了更高要求。J_JV4jJjj三电平技术中的二极管箝位式三电平拓扑因其方案成熟控制简单而成为当前中压等级变流器的首图1变流器拓扑

6、结构Fig．1Convertertopologystructure选拓扑。在此就三电平中压变流器设计进行了研究，通过详细的参数计算及仿真分析提出一套切实2．1直流侧设计可行的3MW／3kV直驱风力发电变流器设计方案。三电平NPC背靠背变流器中间直流电容的2主回路设计设计不仅要考虑传统两电平变流器需考虑的因素，还要考虑中点电流造成的中点电压偏移问题。图1示出变流器拓扑。主电路采用二极管箝由于直流电容量选取[3】的计算结果与实际所需容位式三电平拓扑，网侧使用LCL滤波器。主要技量存在较大偏差．因此只能通过仿

7、真得到更为准术指标：额定直流电压4．8kV：网侧额定电压3kV；确的直流电容容量。仿真各工况下电容电压纹波，网侧额定电流577A：功率因数O．95cap一0．95ind；纹波参数最恶劣时。网侧和机侧变流器功率因数机侧额定电压3kV；机侧额定电流635A。分别为一0．95，1；输出电压均为3kV；电流分别为635A，603A。当Cp==6mF时，满足在最恶劣工基金项目：国家863高技术基金项目(2011AA05A306)况条件下中点电压偏移小于2％的要求。定稿日期：2013—05—29作者简介：李经纬(1

8、988一)，男，北京人，硕士，研究方向为2．2器件选型电力电子与新能源。IGBT的选取主要考虑主电路可能的最大过123MW／3kV直驱风力发电并网变流器设计压与最大过流，假设直流电压纹波波动峰峰值2．3网侧LCL滤波器设计△<2％即96v，中点电压纹波波动的峰峰值为满足并网要求。在变流器网侧需设置图2△<200V，线路其他杂散电感产生的总过压所示LCL滤波器，该滤波器自身具有谐振效应．△U~<150V，则IGBT需承受的最大电压为：为避免谐