电网故障下Z源逆变器直驱永磁风电系统的并网控制

The Z source inverter did not need the boost chopping circuit and dead-time setting. It allow the instantaneous turn-on or turn-off of the inverter bridge arm and with the lifting voltage function.The structure of direct-drive permanent magnet wind power generation system using the Z source inverter will become simple,and the reliability of system will improve.In order to meet the requirements of the grid operators on the grid-connected of Wind turbines group, The direct drive permanent magnet wind power system using Z-source inverter is the study object for this project.The model of grid-control when power grid fault（grid voltage symmetric sag, voltage balanced voltage sag, small value unbalanced grid voltage) and the cutting-in control successfully ride through these fault.And the following problems will be solved.1. The overvoltage of DC side and the overcurrent of AC side of wind power inverter, which caused by the grid voltage symmetrical drop.2.The ride-through control when under balanced voltage sag and asymmetrical grid fault conditions.3.The normal value of wind turbine side current improvement when under unbalanced voltage conditions.4.Getting the grid-control strategy of the Z source when under grid fault.5.Improving the operation reliability of the generating unit and fault ride-through capability. All of thess can lay a theoretical foundation for the application of Z source inverter in direct-drive wind power generation system.

Z源逆变器允许桥臂瞬时开路和短路，具有升降压功能，省去了升压斩波电路与死区的设置，应用于直驱永磁风力发电系统可简化系统结构和提高可靠性。为了满足电网运营商对风力发电机组并网运行的要求，本项目以Z源逆变器直驱永磁风电系统为研究对象，研究电网故障条件下（电网电压对称跌落、电网不对称故障、电网电压常态小值不平衡）的控制建模、持续不脱网运行的并网控制，解决电网电压发生对称跌落时产生的风电变流器直流侧过电压与交流侧过电流；电网发生不对称故障时风电变流器直流侧过电压、交流侧过电流、直流电压波动与交流侧谐波电流；电网电压常态小值不平衡下风电变流器直流电压波动、交流侧谐波电流与交流侧不平衡电流等科学问题，建立Z源逆变器直驱永磁风电系统在各种电网故障下的适应性控制模型，获得相应的控制策略与并网控制方法，保证系统持续不脱网运行，提高机组的运行可靠性与故障穿越能力，为Z源逆变器在直驱风力发电系统的应用奠定基础。

阻抗源逆变器具单级升降压、允许桥臂直通、无需插入死区时间等特点，将其应用于直驱永磁风力发电系统可简化系统结构和提高可靠性。为了满足电网运营商对风力发电机组并网运行的要求，本项目以阻抗源逆变器直驱永磁风电系统为研究对象，研究电网故障条件下的控制建模、持续不脱网运行的并网控制。1）提出了一种适用于永磁直驱风力发电系统的新颖三相电压型半准Z源逆变拓扑，从直通和非直通两个状态详细分析了三相电压型半准Z源逆变器的稳态工作原理，推导了半准Z源逆变器升压因子和直通占空比的关系，得出半准Z源网络输出电压平均值实际上就是半准Z源网络电容电压的稳态值。2）分析了传统六段式升压SVPWM下永磁直驱风力发电HQZS变流系统阻抗源网络的输入电感电流纹波和阻抗源网络电容电压纹波的产生机理，提出一种改进六段式升压SVPWM方法，抑制阻抗源网络的纹波。3）以并网电流三相对称为控制目标，分析了并网功率二倍频波动的产生机理，通过在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的方法，抑制了并网电流的负序分量。采用比例积分谐振控制器，使流入储能装置的功率无静差跟踪发电机输出功率和半准Z源逆变器输出功率之差，提出了一种基于超级电容储能的永磁直驱风力发电HQZS变流系统不对称故障穿越策略，使电网电压发生不对称故障时，正序电流跟踪效果良好，并网电流对称，半准Z源网络电容电压不仅不会发生大幅泵升，还消除了其二倍频波动。本项目的研究提升了阻抗源直驱永磁风力发电系统的并网可靠性，进一步降低了系统成本，为直驱永磁风力发电系统的发展提供了一种新的思路，具有重要的科学意义和实用价值。