10 MW中压六相直驱永磁风电机组最大功率跟踪策略研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20125

摘要/Abstract

摘要：

为了提高大功率海上风力发电机组并网的安全性及稳定性，在采用中压六相永磁同步发电机搭配分布式中点箝位变流器构成10 MW风力发电系统的基础上，提出一种适用于中压六相永磁发电机组的最大功率跟踪策略。根据风电机组转速反馈值计算电机转矩最优参考值，并通过前馈解耦的方法设计永磁发电机定子的双d-q电流控制环，从而由转矩与双dq电流环的闭环组合完成六相永磁发电机组的最大功率输出控制；同时，为了平抑中点箝位型变流器直流侧中点电位波动，提出一种调制系数与矢量组选择协调调控的中点电位平衡方法，通过调节调制系数大小来平抑中点电位波动，在调制系数越限情况下，利用协调矢量组选择方式控制中点电位平衡；最后，在MATLAB中建立10 MW永磁风力发电系统模型，验证了所提控制策略的有效性。

关键词: 风电, 六相永磁同步发电机组, 分布式中点箝位变流器, 最大功率跟踪, 中点电位平衡

Abstract:

In order to maximize the grid-connected power of high-power offshore wind turbines, a maximum power tracking strategy suitable for medium voltage six-phase permanent magnet synchronous generator (MVSPMSG) was proposed in the paper based on the use of MVSPMSG and distributed neutral point clamped converters to form a 10 MW wind power generation system. The optimal reference value of torque was given according to the speed feedback value, and the dual dq current control loop of the permanent magnet synchronous generator (PMSG) stator winding was designed through the feedforward decoupling method. The maximum power output control of the MVSPMSG was completed by the closed-loop combination of torque and double dq current loop. At the same time, a midpoint potential balance method with modulation coefficient and vector group selection coordinated adjustment was proposed to suppress the neutral point potential fluctuations on the DC side of the neutral point clamped converter. The method of adjusting the magnitude of modulation coefficient to suppress the fluctuation of the neutral point potential was first adopted. Meanwhile, the coordination vector group selection was applied to control the neutral point potential balance when the modulation factor exceeds the limit. Finally, a 10 MW permanent magnet wind power generation system model was established in MATLAB to verify the effectiveness of the control strategy proposed in the paper.

Key words: wind power, six-phase permanent magnet synchronous generator, distributed neutral point clamped converter, maximum power tracking, neutral point potential balance

中图分类号:

TK 89

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图/表 16

图1 10 MW永磁风力发电机组并网结构图

Fig. 1 Grid connection structure of 10MW PMSG

图2 机侧变流器控制策略框图

Fig. 2 Control strategy block diagram of converter at generator side

图3 NPC型三电平网侧变流器控制策略

Fig. 3 NPC three-level grid-side converter control strategy

图4 不同开关状态坐标变换后的空间矢量图

Fig. 4 Space vector diagram after coordinate transformation in different switch states

图5 空间矢量调制对中点电位影响

Fig. 5 Effect of SVPWM on neutral point potential

图6 SVPWM矢量作用时间图

Fig. 6 SVPWM vector action time chart

图7 直流中点电位控制方法

Fig. 7 DC midpoint potential control method

表1 10 MW MVSPMSG及变流系统参数

Tab. 1 Parameter of 10 MW PMVSPMSG and converter system

参数	数值	参数	数值
额定功率/MW	10	单相定子绕组电阻/Ω	0.065
电机转速/(r·min^-1)	9.5	定子绕组d轴电感/mH	16.7
额定电压/V	3 300	定子绕组q轴电感/mH	31.03
额定相电流/A	1 760	直流母线电压/V	5 000
极对数/对	66	转子磁极磁链/Wb	40.34
额定转矩/(MN·m)	8.8	中间直流电容/mF	40
网侧频率/Hz	800	机侧开关频率/Hz	800

图8 是否加入平衡控制时中点电位变化情况

Fig. 8 Midpoint potential changes with or without equilibrium control

图9 加入矢量选择时中点电位变化

Fig. 9 Midpoint potential changes when adding vector selection

图10 加入矢量选择时线电压变化

Fig. 10 Line voltage curve when adding vector selection

图11 MVSPMSG的dq轴电流波形

Fig. 11 dq-axis current waveform of MVSPMSG

图12 MVSPMSG定子绕组电流

Fig. 12 MVSPMSG stator winding current

图13 双变流器直流母线电压

Fig. 13 DC bus voltage of double converter

图14 网侧变流器并网电压、电流

Fig. 14 Grid-side converter grid-connected voltage and current

图15 单个网侧变流器输出功率

Fig. 15 Output power of a single grid-side converter

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