Boost-TL变换器/NPC-TL逆变器级联系统的研究

针对风力发电系统的前景和发展方向，在几种典型的直驱式风力发电系统变换器拓扑结构中，本文选取了适用于直驱式风力发电系统的基于Boost三电平（Three-level，TL）变换器(简称Boost-TL变换器)和二极管中点箝位型（Neutral-Point-Clamped，NPC）三电平逆变器级联的拓扑结构及控制方案。该拓扑结构中，发电机侧采用二极管不控整流桥加Boost-TL变换器的结构，网侧的变换器采用的是NPC三电平逆变器。 本文详细的分析了前级Boost-TL变换器的工作原理，推导了变换器的输入输出关系，建立了Boost-TL变换器的状态空间模型；针对前级Boost-TL变换器输出侧分压电容的均压问题，找到了输出电压环和均压环之间的一种解耦思路，给出了一种具体的均压控制方案。对于后级NPC三电平逆变器，重点研究了其中点电位平衡问题，利用前级Boost-TL变换器实现了后级NPC三电平逆变器直流出入侧中电电位的平衡。 在理论分析的基础上，本文搭建了Boost-TL变换器和NPC三电平逆变器的SVPWM仿真模型，同时针对NPC三电平逆变器中点电位平衡问题，建立了中点电位控制模块的仿真模型。对Boost-TL变换器带电阻性负载和逆变器负载的情况，分别进行了仿真研究。采用Boost-TL变换器平衡后级NPC三电平逆变器中点电位的方法，所得到的网侧电流和变换器交流输出电压的总谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）均低于其它软件算法。搭建了一台前级5kWBoost-TL变换器的原理样机，给出了相应的实验结果和分析，验证了理论分析。