低频异步风力发电与多电压等级超导直流输配电系统的研究

摘要

风力发电作为经济指标最高的清洁能源发电方式，资源充足、发电容量不断增加，而直流输电技术较交流输电具有输电容量大、损耗小、占地面积小等优势，因此考虑将两者结合起来，为负荷提供质量更好、容量更大的电能。本文在分析了风力发电与城市配电网，以及变流器的现状与发展的前提下，将高温超导直流输电技术应用于城市配电网，提出一种风力发电与超导直流输配电系统方案，在超导直流输配电网络中添加高压直流电的直接降压技术。
　　 本文对高温超导技术进行简单阐述后，主要研究系统方案中的各个变流器，包括：分析交交变频器的原理和谐波问题，与发电单元、变压器单元间的配合，余弦交截法生成触发信号的原理；考虑IGBT等开关器件在高压场合的耐压值问题，参考多电平电路的分压思想，与串联谐振DC-DC变换器相结合，设计高压DC-DC变换器，实现高压直流直接降压，理论分析电路以改进拓扑结构，推导变比，确定利用调节开关频率来改变输出直流电压的控制策略；通过串联两个IGBT元件解决BUCK斩波电路中开关器件的耐压问题，通过PWM逆变输出380V交流电提供给负荷。
　　 最后，在matlab软件的Simulink中建立各个变流器的仿真模型，分析交交变频器的谐波问题；建立PWM脉冲信号发生模块，验证高压DC-DC变换器的可行性；监测BUCK斩波电路中开关元件与二极管中的电流波形；对有源、无源PWM逆变器的运行进行比较分析。通过对交流器的分析，一定程度上检验低频异步风力发电与多电压等级超导直流输配电系统方案的可行性。