电力电子学在风力发电中的应用.pdf电力电子学在风力发电中的应用pdf,电力电子学在风力发电中的应用

文件名称: 电力电子学在风力发电中的应用.pdf

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详细说明：电力电子学在风力发电中的应用pdf,电力电子学在风力发电中的应用负载电沆v开关频率 SEMIKRON 相同运行条件下的几种1700功率半导体 SKIPIS03GB172 ImsI SK11P1513GB172 2模块 SKiiPl23GB172 240A,1700 130rm 190 图03 如果采用了更强大的SKiP模块,如使用硝酸铝作为陶瓷基板的SkiP2403B2,可从三相逆变器得更多的功率,目前是1800kVA。 .用1800A基本单元的示例 SEMIKRON 适用于69U的大功率紧凑型结构类型液冷,直流环节电容,驱动和保护电路,3x PWM控制器 1800KVA 3x2/sK2403GB172 图04 通过放置两个并联的6单元SKiP603G172模块,600kVA三相逆变器可被设计在同一外壳中,作为1800kVA 的一相采用0A基本单元的示例 SEMIKRON 适用于690V的紧凑型功率结构液冷、直流环节电容、驱动器、保护电路和PWM控制器 2x SKiiP603GD172 600k∨A三相逆变器;50升的容积,12k∨A升图05 该单元可称为“堪本单元”,可用于不同功率的应用设计中。对于更大功率三相逆变器,三相结构作为个基本单元。将三个单元相并联,可得到1800kVA的三相逆变器。所需的更功率是通过将几个基本单元相并联实现的。 IGBT模块的并联 IGBT模块的并联运行解决方案如下: 1.一台三相逆变器用于整个功率的提供;相脚是由诈多并联的IGBT模块和一个强大的驱动器组成。每个 IGB模块必须仃自己的栅极电阻和对称直流环节和父流输岀连接。[1 2.三相 IGBT STACK,基本单元的硬并联。整个系统是通过一台控制器及其PMM信号控制的。所有三相逆变器—基本单元—连接到一个普通直流环节电压。对于每个基本单元驱动器,采用驱动器并联板实现并联。驱动器传播时间的小变化(小于为100ns)是通过少数交流输出扼流圈进行补偿的;(电感<5μH)。所有的三相逆变器同时运行,但有小延时,可通过额外的交流扼流圈进行补偿。负载电流恰当共享是通过对称布局和IGBT饱和压降的正温度系数实现的。[2 3.第2项所述的系统_每个基本单元附带脉宽调制信号的附加校正。并联基本单位的负载电流精确共享是由附加PwM校正控制的。 4.几个带同步PWM和用附加先进P硎M控制消除循环电流的单元的并联运行。[3 5.通过使用每个基本单元的电气负载搦离。各个基本单元通过绝缘绕组提供电力给负载。各基本单元都有自己的控制器。PMM是独立的、非同步的、自由运行的信号,且每个棊本单元都有自己单独的直流环节。在电网侧,每个基本单元有白己的正弦LC滤波器。不同冋直流环节间个存在循环电流,冋时输岀也是电气隔离的这是将带有标准独立控制器的标准独立基木单元并联起来的最早的方法。这样的个基于发电机侧电气隔离的简单设计如图06所示。三个并联的带分立电机线组的独立4驱动器 SEMIKRON 幽 {叫目可从和一个或两个驱动器并联运行幽咔冒 3x1.5MVA4Q驱动器 3x[2x2/3KP1513GB173) 个发电机线组图06 个1500kVA4Q驱动单元连接到永磁风力发电机单独的绕组上。每个4Q驱动器都是标准的,拥有自己的发电机侧和电网侧控制器。第四个控制器管理统一的发电机扭矩共享。运行过程屮任意一个4Q驱动器出现问题时,其余驱动器的运行不会被中断。所描述的系统已应用于3.6WW风力发电机,该风力发电机拥有一台带有三个分立绕组的永磁发电机。该系统为最多达12个四象限驱动器相并联而研制,连接了12台发电机或12个发电机绕组。[4] 基本单元的串联风力发电机设计者的目的是大功率风力发电机更低的损耗变速高效率采用已经证明有效的半导体 ·纯正弦线电流,使用个简单的线性变压器良好的线路功率因素且THD低 ·有功和无功功率控制可用于不同功率和电压的模块化结构,适用于快速装配 ·高可靠性最低的成本最佳的解决方案:中压发电机中压发电机是末来大功率风力发电机设计中所必需的。然而,中压硅片对这类应用并不合适。正确的解决方案是基木单元的串联。例如:额定输岀电压为6.3kV的5W风力发电机的输出电流为3ⅹ436Arms。经整流的变速发电札输出直流电压在1-10kV之间这些变化的电压是如何连接到电网的呢? 每个风力发电机需要自己的变压器以连接到电网;电网电压将在20-30kV之间,这就是变压器的输出电压交压器可生产为带有几个,本例中为10个三相绕组,每个为3x690V,用其作为输入电压。基于单元原理的中压风力发电机新的中压风力发电机原理如图07所示。基于单元原理的中压风力发电机 SEMIKRON MvDC line 可放置在塔底部的功率变换器 (吊舱的重量更轻中压单元图0 每个三相绕组附带个基本单元,个600kVA的三相逆变器。第四个IGB管脚可被连接在每个基本单元前——我们可以称这种安排为中压单元。所有单元都可以根据图07串联起来。如果第四管脚的IG那T开关是关闭的,发电机的直流电流将对单元直流环节电压进行充电。单元电网侧三相逆变放电,控制自凵的直流环节电压。对」3×690V交流电压,直流坏节电压将为1050V。|个串联的基木单元可以产生反电动势,EMF,高达 10*1050-10.5V。剩余的电压仍然与整流后的发电机电压相平衡。如果发电机转速下降,发电机电压也会变低因此,为控制整流后的直流电流,也是为控制发电机的转矩,部分单元不得不被旁路掉。如果5个单元被旁路掉,剩余的反电动势是5*1050-5.25kV。旁路掉史多的单元会増加直流电流和发电机转矩。被旁路掉的单元可向电网提供全部的无功功率。如果某个单元失效,它也将旁路掉。最高最大单元直流环节电压是1200V, 因此即使仅有9个单元串联也可承载高达9*1200V=10.8kV的整过流的发电机电压。带中压同步发电机的变速风力发电机特性: 产生从0至 Vemax的直流电压每个单元直流电压1050V(采用1700V硅片) 每个单元的最大vdc=1200V 单元数量= Vemax/ Vcell(+1) 单元功率: Pgenmax/单元数量系统冗余(+1) 单元导通时间变化从0%至100% 个关断的单元可产生全部无功功率高低功率值下均高效 ·线路侧纹波频率=Nce11*Fsce1l ·简单的线路侧变压器总结大功率应用使用大量的IGBT模块然而,最好是釆用史多的带单独控制的开关,例如,将儿个单元并联或串联起来,而不是使用一个大单元。这样做的优点是: 良好的线功率因素和低电沇THD,更低的开关频率和更少的无源组件可用于不同功率和电压的模块化结构,适用于快速装配采用已经证明有效的半导体元件更高的效率高可靠性每kW成本最低参考文献 L1] D. Srajber "iGBT with Homogeneous Structure used for High Power Converter Design" PCIM 1991 Nuremberg germany [2] SEMIKRON Application Notes "SkiiP Parallel Operation of GB"-type SKiiP Systems http://wwwneu.skd.semikroncom/internet/webcms/objects/pdf/applicationnotesSkiiPenglpdf [3] D. Boroyevich: "MODELING AND CONTROL OF PARALLEL TIIREE PIIASE PWM CONVERTERS 4theSwitchwww.theswitch.fi [5 United States Patent US 6, 680, 856 B2

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