本文關鍵詞：雙饋風電變流器功率模塊IGBT結溫波動抑制策略研究

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【摘要】：變流器作為風電機組電能回饋至電網(wǎng)的關鍵控制通道,其可靠運行對并網(wǎng)風電機組的電能質量與安全穩(wěn)定性至關重要。功率模塊電力電子器件結溫是影響變流器運行可靠性的重要指標之一。雙饋風電機組機側變流器由于長時間運行在較低工作頻率,較大的結溫及結溫波動使其疲勞壽命大幅降低。為了進一步提高現(xiàn)有風電變流器可靠性水平,論文針對雙饋風電變流器功率模塊絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)結溫波動抑制問題,開展了IGBT模塊電熱耦合聯(lián)合建模及結溫變化規(guī)律的分析,并提出其結溫及結溫波動抑制策略。本文主要內容包括:(1)針對有限元建模難以考慮控制策略對風電變流器IGBT結溫的影響,建立考慮變流器電熱耦合特性的雙饋風電機組聯(lián)合仿真模型。首先,基于IGBT模塊等效熱網(wǎng)絡結構、電熱耦合理論及多維插值方法,建立三相變流器結溫計算模型,并進行實驗驗證;其次,基于雙饋風電機組機側及網(wǎng)側變流器控制策略,建立了雙饋風電機組及其控制系統(tǒng)仿真模型。最后,利用PLECS/Simulink聯(lián)合仿真平臺,建立雙饋風電變流器結溫分析模型,對不同運行工況下變流器的電熱性能進行分析。(2)針對不同調制策略會影響IGBT損耗,進而影響其結溫變化的問題,提出一種組合分段調制的結溫抑制策略。首先,對不同不連續(xù)空間矢量調制(Discontinuous Space Vector Pulse Width Modulation,DSVPWM)策略所對應的變流器最優(yōu)損耗功率因數(shù)角進行分析;然后,基于雙饋發(fā)電機機側變流器功率因數(shù)角變化范圍,提出組合分段DSVPWM策略。最后,對組合調制下風電變流器電熱性能、諧波性能進行比較和驗證。(3)針對雙饋風電機組機側變流器在同步轉速點附近IGBT結溫大幅波動問題,提出一種基于機組轉速控制的IGBT結溫波動抑制策略。首先,基于最大功率跟蹤曲線,提出通過控制機組轉速減少低頻運行時間的結溫波動抑制思路,并建立了包含轉速、功率控制的機側變流器結溫波動抑制策略。然后,對不同運行工況下變流器結溫、定子有功出力和發(fā)電量等方面進行仿真,并結合等效實驗進行驗證。論文建立的風電變流器結溫分析聯(lián)合仿真模型可以對其結溫的準確計算與分析提供支持,提出的結溫抑制策略可為現(xiàn)有機組及變流器控制策略改進提供技術支撐。
【關鍵詞】：雙饋風電機組 IGBT模塊 結溫抑制 組合調制 轉速控制
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM46;TM614
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究意義9-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 風電變流器功率模塊IGBT結溫建模與分析11-12
• 1.2.2 風電變流器IGBT模塊結溫及結溫波動抑制策略研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文的研究內容13-15
• 2 雙饋風電變流器IGBT電熱耦合聯(lián)合仿真建模及結溫分析15-39
• 2.1 引言15
• 2.2 功率模塊電熱耦合特性15-18
• 2.2.1 功率模塊封裝技術15-16
• 2.2.2 熱力學參數(shù)和電參數(shù)之間的轉換16-18
• 2.3 IGBT模塊電熱耦合模型18-28
• 2.3.1 風電變流器IGBT模塊等效熱網(wǎng)絡18-19
• 2.3.2 IGBT模塊損耗與結溫計算19-24
• 2.3.3 不同輸出頻率下IGBT模塊結溫分析及驗證24-28
• 2.4 雙饋風力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)建模28-32
• 2.4.1 風力機運行特性28-29
• 2.4.2 變流器的控制29-31
• 2.4.3 雙饋風力發(fā)電機最大功率跟蹤控制31-32
• 2.5 雙饋風電變流器結溫分析32-37
• 2.5.1 雙饋風電變流器電熱分析模型32-33
• 2.5.2 機側及網(wǎng)側變流器損耗分析33-34
• 2.5.3 機側及網(wǎng)側變流器結溫分析34-37
• 2.6 小結37-39
• 3 雙饋風電變流器IGBT結溫抑制的組合調制策略39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 基于DSVPWM策略的變流器開關損耗抑制原理39-42
• 3.2.1 不同DSVPWM策略39-40
• 3.2.2 不同調制策略下的結溫實驗比較40-41
• 3.2.3 基于DSVPWM策略的變流器開關損耗抑制思路41-42
• 3.3 機側變流器功率因數(shù)角變化范圍及其IGBT結溫抑制策略42-46
• 3.3.1 機側變流器負載功率因數(shù)角分析42-45
• 3.3.2 組合分段調制的機側變流器IGBT結溫抑制方法45-46
• 3.4 組合分段DSVPWM策略對變流器結溫及調制性能影響46-52
• 3.4.1 機組有功出力變化下組合分段DSVPWM策略的結溫抑制效果46-48
• 3.4.2 機組無功出力變化下組合分段DSVPWM策略的結溫抑制效果48-49
• 3.4.3 不同空間矢量調制策略的諧波性能比較49-52
• 3.5 小結52-55
• 4 基于轉速控制的機側變流器IGBT結溫波動抑制策略55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 雙饋機組同步轉速附近結溫抑制策略55-58
• 4.2.1 機側變流器IGBT器件結溫波動抑制原理55-56
• 4.2.2 機側變流器IGBT器件結溫波動抑制流程56-58
• 4.3 機側變流器IGBT器件結溫波動抑制效果比較58-63
• 4.3.1 同步轉速附近區(qū)域動態(tài)結溫仿真58-61
• 4.3.2 全風速范圍下穩(wěn)態(tài)結溫波動分析61-62
• 4.3.3 等效實驗分析62-63
• 4.4 不同控制策略下的機組效率分析63-67
• 4.4.1 穩(wěn)態(tài)風速下定子出力分析63-64
• 4.4.2 改進控制策略下的機組效率分析64-67
• 4.5 小結67-69
• 5 結論與展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-79
• 附錄79-82
• A. 三相變流器參數(shù)79-80
• B. 2MW雙饋風電機組的主要仿真參數(shù)80
• C. 風電變流器IGBT模塊主要參數(shù)80-82
• D. 攻讀碩士學位期間的學術成果及參加的科研項目82

【參考文獻】

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本文編號：754439