不平衡电压下三电平全功率风电变流器的控制研究

风能作为一种清洁、可再生能源具有巨大潜力。开发和利用风能，对我国的经济发展具有重大意义。然而，随着国内外风电装机容量的迅速增长，电网故障发生频繁，尤其是当电网电压处于不平衡故障状态时，将严重影响机组的正常运行。而三电平变流器因其输出电压谐波小、开关管承受电压小等优点越来越受人们的关注。因此，研究在电网电压不平衡状态下的三电平变流器控制策略具有重要意义。 本文以三电平全功率风电变流器作为研究对象，围绕直驱型永磁风力发电系统的变流控制技术展开了深入研究。 首先，阐述了风力发电技术的发展现状和未来发展的趋势。分析了目前风力发电并网的控制技术和在电网电压不平衡状态下的运行问题及控制策略。并对各种控制策略的优劣进行了对比说明。之后又搭建了风力机模型，并对风力机的原理和各个模块进行了介绍。 其次，分析了三电平全功率变流器拓扑结构和工作原理以及直驱型永磁同步发电机的工作原理，并分别对风力发电系统变流器的机侧和网侧建立了数学模型，在此基础上又分别对变流器机侧和网侧的控制策略进行了阐述。 接着，研究了在电网电压平衡状态下，三电平全功率变流器机侧和网侧的控制策略，并采用了机侧旋转坐标零d轴电流控制和网侧电压外环电流内环的双闭环电压定向矢量控制策略，并进行了相应的仿真验证。 然后，研究了三电平变流器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，详细的阐述了其实现过程及每一部分模块的基本原理。针对中点电压不平衡问题对其进行了改进，并搭建了相应仿真模型，来验证改进措施的有效性。 最后，深入探讨了在三相电网电压不平衡状态下，三电平全功率变流器的控制策略，并对三相不平衡电压进行了正、负序分解，并建立了数学模型。对变流器网侧分别采用了双电流闭环控制和比例谐振控制，并提出将这两者结合的改进方法。通过对比三种控制方法来验证该改进方法的正确性和有效性。