摘 要

随着世界能源危机的日益加剧以及公众对于改善生态环境要求的日益高涨，风能以其取之不尽、用之不竭、无污染的特点逐渐受到了人们的重视，而大型风能驱动发动机组并网发电是高效、大规模利用风能最经济的方式。随着风电机组容量的增大，并网瞬间的冲击电流越来越大，对电网运行稳定性的影响也越来越大，因此如何改进现有的各种并网技术是关键，减少对电网的冲击时迫切需要解决的问题。而逆变器的控制技术是关键，它是连接风能驱动发动机组和电网的关键电能变换装置。

本文以二级管箝拉式三电平逆变器作为基础，阐述了三电平逆变器的工作原理，数学模型，空间电压矢量控制策略的原理，对三电平逆变器空间电压矢量的控制算法进行了改进，并且详细分析了判断规则，输出电压矢量作用时间和作用顺序的原理。

本文通过MATLAB/Simulink软件进行仿真分析，分别建立了三相坐标系到两相坐标系转换模块、参考矢量位置判断模块、矢量时间计算模块、矢量分配模块、主逆变电路模块。最后实现了对三电平逆变器的SVPWM控制算法的仿真，验证了算法的可行性。

关键词：风力发电；PWM逆变器；并网

Abstract

With the growing of the world energy crisis and the public to improve the ecological environment of rising, wind power is overwhelming deemed the nicest renewable energy because it is inexhaustible and unpolluted. Large wind turbines for power generation is highly efficient, large-scale use of wind energy the most economical way. With the increase of wind turbine capacity, the moment of the impact of current is also growing. On the stability of power grid is also growing, so how to improve the various existing grid technology to minimize the impact on the grid is an urgent need to address the problem. And the inverter control technology is the key, it connects wind power generator system and grid.

This paper based on the ground-clam -p diode type three-level inverter, expounds the work principle of three-level inverter, and analyzes the principle of the SVPWM. By improving the three-level inverter SVPWM control algorithm，this paper introduces the estimation method of output sequence of the synthesis reference voltage vector and optimizes the function sequence of switch vector.

This paper using MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation analysis and introducing the establishment of a three-phase coordinate system to the two-phase coordinate conversion module、reference vector position determination module、vector time calculation module、 a vector assignment module、the main inverter circuit module. Finally, the realization of three-level inverter SVPWM control algorithm of the simulation verify the feasibility of the algorithm.

Key words: wind power generation ；PWM inverter； grid-connected

目 录

第1章 风力发电基本状况 1

1.1 课题目的及意义 1

1.2 风力发电系统的工作原理与基本结构 2

1.2.1 发电系统的总体结构 2

1.2.2 变流器类型 2

1.3论文主要研究内容及目的 3

第2章 风力发电系统的并网系统 4

2.1 风能驱动发动机类型 4

2.1.1 异步风能驱动发动机 4

2.1.2 双馈异步风能驱动发动机 4

2.1.3 直驱式交流永磁同步发电机 4

2.2 风能驱动发动机组并网条件 4

2.3 不同的电机并网方式差异化分析 5

2.3.1 异步发电机组的并网 5

2.3.2 同步发电机组的并网 5

2.3.3 风能驱动发动机的并网方式的选择 6

第3章 三电平逆变器原理及控制研究 8

3.1 二极管箝位型三电平逆变器 8

3.1.1 二极管箝位型逆变电路的工作原理 9

3.1.2 二极管箝位型逆变电路的控制要求 11

3.1.3 三电平逆变器的数学模型 12

3.2 三电平SVPWM算法研究 15

3.2.1 参考矢量的位置判断 15

3.2.2 输出矢量的确定 17

3.2.3 计算各个矢量的作用时间 17

3.2.4 空间电压矢量作用顺序 20

第4章 基于MATLAB的SIMULINK仿真 22

4.1 MATLAB软件简单介绍 22

4.2 矢量空间区域判定 23

4.3 时间计算 24

4.4 矢量的作用顺序 25

4.4.1 七段式空间矢量算法的时间分配模块 25

4.4.2 矢量状态次序判定模块 25

4.5 矢量状态对开关的控制 27

第5章 结果分析 29

5.1 各环节及非闭环逆变器输出结果分析 29

5.2 加入LCL滤波环节及闭环后逆变器输出结果分析 31

5.3 展望 32

致 谢 34

参考文献 35

第1章 风力发电基本状况

1.1 课题目的及意义

风能是大自然给人类的一种可以利用的能源，空气所具有的动能被称为风能。空气流动速动能随着速度增加。人们可以把风的动能来驱动电机，因此发出电能。现在利用涡轮的叶片把气流机械能转化为电能从而变为发电机。风力被使用于大规模风能农场和供电隔绝的一些地点，为当地生活、发展做出了巨大贡献^[1]。

风能存在地球表面一定的范围。经过长时间测量，统计所得出平均风能密度的概况被认为是能利用能量的依据。

人类运用风能的历史悠久，但其发展缓慢。但从石油危机以来，风能重新有了新的发展。风能作为可再生的清洁新能源发展潜力巨大，特别是对交通不便、地广人稀的地方，风能有着重要的经济价值。风能在发达的国家也也越来越受重视^[1]。

风能就是空气运动所产生的动能，风速和空气的密度决定了风能的大小。太阳的辐射产生热量，地球表面的受热不均会让大气层中的压力分布不均匀，空气运动形成风。

太阳能的能量虽然只有很小一部分被转化为风能，但总共所蕴含的能量可观。风能相比于可开发的水能要大约10倍。