风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型。分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗。分析比较了两种变换器输出仿真波形。对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较。仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统。

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。

基于三电平子模块的倍电平复合式MMC变换器

为了降低模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)的接线复杂度和通信失效故障概率,ABB提出了采用压接式IGBT串联的级联两电平CTL(cascaded two-level)变换器。由于桥臂子模块数由数百降为几十,CTL变换器输出电压电平数较少,需要在交流侧安装滤波器。为此,提出了基于三电平TL(three-level)子模块的倍电平复合式MMC变换器VLD-HMMC(voltage-level-doubler hybrid MMC)。每个桥臂有TL、半桥HB(halfbridge)子模块混合组成,且交流侧串联有一个全桥FB(full-bridge)子模块,输出电压电平数提高了1倍,从而省去了交流滤波器。各子模块具有脉冲自主触发功能且其功率开关由压接式器件串联组成,降低了桥臂子模块数,简化了控制器与主电路之间的接线复杂度,降低了通信故障的概率。单个功率开关短路故障不会影响系统正常运行,并且可避免了子模块电容的过度放电,保护电容器和功率开关,提高变换器的可靠性及故障穿越能力。所提拓扑结构实现了直流故障穿越运行,为HVDC换流站的设计提供了技术参考。

基于双极性直接式AC/AC变换的单相动态电压恢复器

动态电压恢复器(DVR)是串接于电源与负荷之间用以实现快速补偿系统电压波动的电力电子装置。针对传统基于电压源型逆变器的DVR存在的储能设备所带来的问题以及基于脉宽调制(PWM)型直接式AC/AC变换的DVR所存在的换流、飞跨电容电压平衡等问题,文中提出了一种基于双极性直接式AC/AC变换的单相DVR。该DVR所使用的PWM型AC/AC变换拓扑具有输入、输出共地特点,同时,该DVR能够在较为简单的控制策略下实现系统电压的双极性调控且其在运行过程中有效解决了换流问题。为了验证所提出的DVR的工程价值,在理论分析的基础上,搭建了1 kW的实验平台对其合理性与有效性进行了验证。