【摘 要】
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随着风电机组的发展,风电单机容量持续增加,如仍采用传统690V低压并网,风电机组并网电流会越来越大,造成机组成本和损耗不断增加,对风电机组的运行和维护带来了挑战,因此,采用基于永磁同步发电机（Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG）的中压风电系统具有广阔的应用前景。本文对级联型矩阵变换器（Cascaded Matrix Converter,CMC
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随着风电机组的发展,风电单机容量持续增加,如仍采用传统690V低压并网,风电机组并网电流会越来越大,造成机组成本和损耗不断增加,对风电机组的运行和维护带来了挑战,因此,采用基于永磁同步发电机（Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG）的中压风电系统具有广阔的应用前景。本文对级联型矩阵变换器（Cascaded Matrix Converter,CMC）在中压大功率风电中的应用进行了研究,提出了基于CMC的永磁直驱风电系统最大功率追踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）运行和容错运行的控制策略,对该机组在额定工况下稳态运行时IGBT模块的功率损耗和结温进行了分析计算。研究内容和工作主要包含以下几点:（1）提出了基于CMC的永磁直驱风电系统MPPT运行的控制策略,对CMC的调制策略、双向开关四步换流策略及其对PMSG的矢量控制进行了研究。针对CMC因开关器件多而导致的可靠性较低问题,提出了该系统容错运行的控制策略,当单元发生故障时,利用中性点偏移实现了CMC最大平衡三相线电压输出,从而对机组MPPT区间的减小进行了改善,有利于机组发电量的提高。最后,在Matlab/Simulink中搭建了基于CMC的永磁直驱风电机组仿真模型,对该拓扑的可行性和提出的控制策略的有效性进行了仿真验证。（2）在中压大功率风电系统中,变流器大部分故障都是由IGBT模块失效造成的,IGBT模块失效又在很大程度上是受工作过程热循环冲击的影响,因为IGBT模块各层材料的热膨胀系数存在差异,将承受不同程度的热应力,长期累积后将导致器件热疲劳失效。而IGBT模块的结温过高会带来老化失效的问题,准确获取IGBT模块的结温对系统可靠性评估具有重要意义,因此本文研究了机组在额定工况下运行时IGBT模块的最大功率损耗和结温,最后在PLECS中进行了仿真验证。（3）在RT-LAB硬件在环实时仿真平台搭建了半实物仿真模型,利用RT-LAB软件使主电路运行于仿真器中FPGA板卡上,控制器采用TI公司C2000系列的TMS320F28335。两者信息交互形成闭环,对前文研究的控制策略有效性进行了实验验证。
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