直驱永磁风力发电机侧变流系统低载波比混合调制策略研究

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近年来风力发电技术发展迅猛,由于电力电子器件特性的限制,变流装置的开关频率不能设置过高。考虑到风能的不确定性和波动性,本文在全风速下开展了直驱永磁风力发电机侧变流系统低载波比混合调制策略的研究。首先,介绍了直驱永磁风力发电机侧变流系统的基本结构及其数学模型,阐述了空间矢量脉宽调制和同步调制的基本原理。其次,针对永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)定子电流谐波畸变严重的问题,以相电流谐波畸变率为基准,提出了一种基于空间矢量合成的全风速低载波比混合调制策略,在低风速采用异步SVPWM调制,中高风速采用同步SVPWM调制。从定子磁链轨迹连续角度出发,以切换前后三相电流不发生突变为目标,设计了基于空间矢量合成的全风速低载波比混合调制策略切换原则。仿真结果表明所提方法能够有效减小电流谐波、转矩脉动并能实现平滑切换。然后,针对基于空间矢量合成的全风速低载波比混合调制策略存在载波比固定及切换时载波比突变的问题,结合优化同步调制开关角的概念和三相PWM脉冲对称性,对混合调制策略开关角进行了推导,依据开关角的变化规律重新划分扇区,提出了基于开关角的全风速低载波比混合调制策略。以定子磁链轨迹连续为基准,推导了重新划分扇区后的切换方法。仿真结果表明了所提基于开关角的全风速低载波比混合调制策略的正确性,切换时线电压相位连续、无载波比突变和电流冲击。最后,为了拓展PMSG的恒功率范围,增加风力发电机组的发电量,对两种混合调制策略过调制算法原理进行了分析与研究。以15脉冲传统空间矢量调制为例,提出了两种混合调制策略的过调制算法。仿真结果表明两种混合调制策略过调制算法的窄脉冲均按时间顺序依次消失,均无需切换便能平滑进入过调制,保证了输出脉冲的对称性。
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