并联双PWM变流器在低速永磁直驱风力发电系统中的应用.pdfVIP

第 33 卷 　第 10 期 Vol . 33 　No . 10 2009 年 5 月 25 日 May 25 , 2009 并联双 PWM 变流器在低速永磁直驱风力发电系统中的应用 杨恩星 , 仇志凌 , 陈国柱 , 吕征宇 (浙江大学电气工程学院 , 浙江省杭州市 3 10027) 摘要 : 基于大功率低速永磁直驱风力发电系统高可靠性要求 , 以背靠背载波移相并联双脉宽调制 ( PWM) 变流器作为永磁直驱风力发电功率变换单元 ,对变流器冗余性 、并联特性 、输出开关纹波特 性进行了分析设计 。重点针对载波移相并联单元间存在的环流问题进行了分析 ,提出了一种低频 ( ) 环流抑制方案 。另外 ,采用基于现场可编程门阵列 F P GA 作为辅助处理器的控制器方案实现载 波移相并联控制 。经过实验验证了所述变流器在可靠性 、环流抑制性能、谐波特性 , 以及硬件实现 等方面均能较好地满足系统要求 ,可适用于低速永磁直驱发电系统 。 关键词 : 变流器 ; 载波移相并联 ; 环流 ; 直驱风力发电 中图分类号 : TM46 ; TM6 14 0 　引言 1 　基于载波移相的并联变流器技术 风力发电是最有应用前景的可再生能源之一 , 1. 1 　主电路结构 ( ) 近年来得到了快速发展 。当前应用最为广泛的双馈 图 1 a 是双 PWM 永磁直驱风力发电系统简 感应发电机需要昂贵且难以维护的齿轮箱 ,使得其 图 ,图中机侧和网侧变流器均采用 PWM 变流器 ,一 [ 1] ( ) 安全可靠性降低 。随着功率半导体器件容量的不 侧的电压源变流器详细结构如图 1 b 所示 。 断增大和永磁材料性能的改善 ,低速永磁直驱风力 发电系统不需要齿轮箱 ,具有更宽的风速捕捉范围 和高可靠性等优点 ,正得到越来越多的关注[25 ] 。 在直驱风力发电系统中 ,整流侧有 4 种常用结 构 :二极管整流 、二极管整流 + Boo st 升压 、相控整 流 、四象限整流[ 12 ] 。其中前 3 种变流器结构有许多 ( ) 固有缺点 ,而双脉宽调制 PWM 变流器可以四象限 运行 ,功率可以双向流动 、控制灵活[ 16 ] 。当风力发 电单机容量提高到兆瓦级以上时 ,变流器单模块结 构受到器件容量 、开关频率 、散热 、可靠性等条件的 限制 。采用变流器载波移相并联可以有效改善上述 不足 ,但仍存在控制系统复杂和环流等问题 。 本文以低速永磁直驱 2 M W 风力发电变流器 设计为原型分析了双 PWM 载波移相并联系统低谐 波 、故障冗余特性 ,并针对并联带来的环流问题 ,建 立了环流数学模型 ,提出了一种环流控制方法 。为 解决环流控制和载波移相并联带来的控制复杂 问 ( ) 题 ,采用了基于数字信号处理器 D SP 和现场可编 ( ) 程门阵列 F P GA 的高性能实时控制方案 。通过仿 真和实验对系统的可靠性 、谐波特性 、环流抑制 、硬 件实现等关键设计点进行了验证分析 。