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风力发电系统变流器的效率分析

作　者: 黄晓波
导　师: 徐德鸿
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电系统变流器三电平碳化硅损耗
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

风力发电作为发展最快的新能源产业之一,受到人们越来越多的关注。作为风力发电机与电网的有效接口,电力电子变流器对提高风力发电系统的性能十分关键。本文在分析双馈和直驱风力发电系统的特性的基础上,探讨风力发电系统变流器的损耗和效率优化问题。分别设计了两电平和三电平变流器主电路,进而建立了风电变流器的损耗模型。并比较了额定风速工作点两电平和三电平变流器,比较了双馈与直驱风力发电系统的性能。由于碳化硅(SiC)器件具有阻断电压高、开关速度快、耐高温的特点,具有良好的应用前景。论文分析了基于SiC器件的2MW双馈、直驱风力发电系统,与Si IGBT两电平、三电平(NPC)变流器的效率进行比较。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-11
1 绪论  11-22
  1.1 风力发电发展现状  11
  1.2 风力发电系统概述  11-14
    1.2.1 风力发电系统组成及分类  11-13
    1.2.2 风力机的工作状态分析  13-14
  1.3 风力发电系统变流器的分类  14-19
    1.3.1 双馈风电系统变流器  14-16
    1.3.2 直驱风电系统变流器  16-19
  1.4 SiC器件的发展现状及应用前景  19-20
  1.5 本文的主要工作  20-22
2 双馈风力发电系统变流器的效率分析  22-63
  2.1 双馈风力发电系统背靠背变流器的结构  22
  2.2 双馈风力发电系统的工作状态分析  22-30
    2.2.1 双馈电机工作状态分析  22-25
    2.2.2 转子侧变流器工作状态分析  25-28
    2.2.3 网侧变流器工作状态分析  28-30
  2.3 双馈系统两电平变流器的损耗分析  30-43
    2.3.1 器件选取及输出电感设计  30-32
    2.3.2 转子侧变流器损耗分析  32-40
    2.3.3 网侧变流器损耗分析  40-43
  2.4 双馈系统三电平NPC变流器的损耗分析  43-59
    2.4.1 器件选取及输出电感设计  44
    2.4.2 转子侧变流器损耗分析  44-54
    2.4.3 网侧变流器损耗分析  54-56
    2.4.4 三电平NPC变流器桥臂内外管损耗不平衡分析  56-59
  2.5 双馈系统两电平、三电平NPC变流器的效率比较  59-61
  2.6 本章小结  61-63
3 直驱风力发电系统变流器的效率分析  63-79
  3.1 直驱风力发电系统背靠背变流器的结构  63
  3.2 直驱系统变流器的工作状态分析  63-69
    3.2.1 直驱电机工作状态分析  63-65
    3.2.2 机侧变流器工作状态分析  65-68
    3.2.3 网侧变流器工作状态分析  68-69
  3.3 直驱系统两电平变流器的损耗分析  69-72
    3.3.1 器件选取及输出电感设计  69-70
    3.3.2 机侧变流器损耗分析  70-71
    3.3.3 网侧变流器损耗分析  71-72
  3.4 直驱系统三电平NPC变流器的损耗分析  72-75
    3.4.1 器件选取及输出电感设计  72-73
    3.4.2 机侧变流器损耗分析  73-74
    3.4.3 网侧变流器损耗分析  74-75
  3.5 直驱系统两电平、三电平NPC变流器的效率比较  75-76
  3.6 双馈系统与直驱系统变流器的损耗比较  76-77
  3.7 本章小结  77-79
4 基于SiC器件的风电变流器的损耗分析  79-92
  4.1 SiC器件用于双馈风电两电平变流器的损耗分析  79-82
    4.1.1 器件选取  79
    4.1.2 转子侧变流器的损耗分析  79-81
    4.1.3 网侧变流器的损耗分析  81-82
    4.1.4 背靠背变流器的总损耗分析  82
  4.2 SiC器件用于双馈风电三电平变流器的损耗分析  82-86
    4.2.1 器件选取  82-83
    4.2.2 转子侧变流器的损耗分析  83-84
    4.2.3 网侧变流器的损耗分析  84-85
    4.2.4 背靠背变流器的总损耗分析  85
    4.2.5 双馈风力发电系统两电平、三电平变流器效率比较  85-86
  4.3 SiC器件用于直驱风电两电平变流器的损耗分析  86-88
    4.3.1 器件选取  86
    4.3.2 电机侧变流器的损耗分析  86
    4.3.3 网侧变流器的损耗分析  86-88
    4.3.4 背靠背变流器的总损耗分析  88
  4.4 SiC器件用于直驱风电三电平变流器的损耗分析  88-90
    4.4.1 器件选取  88
    4.4.2 电机侧变流器的损耗分析  88-89
    4.4.3 网侧变流器的损耗分析  89-90
    4.4.4 背靠背变流器的总损耗分析  90
    4.4.5 直驱风力发电系统两电平、三电平变流器效率比较  90
  4.5 本章小结  90-92
5 总结与展望  92-94
参考文献  94-97
附录A  97-102
附录B  102-111
攻读硕士期间发表的论文  111-112
致谢  112-113

风力发电系统变流器的效率分析

内容摘要

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