本文關(guān)鍵詞：中壓風(fēng)電變流器的功率電路設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：風(fēng)力發(fā)電目前呈現(xiàn)出單機(jī)功率不斷增大、由陸地向海上發(fā)展的趨勢(shì),大功率海上風(fēng)力發(fā)電成為世界各國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)爭(zhēng)先研究和發(fā)展的重點(diǎn)。變流器是風(fēng)電系統(tǒng)的重要組成部分,在中壓大功率風(fēng)電變流器的設(shè)計(jì)中,為了結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便,變流器功率電路的設(shè)計(jì)通常采用功率模塊的結(jié)構(gòu)形式,功率模塊的設(shè)計(jì)水平,直接決定了變流器性能的好壞。目前,在風(fēng)電變流器控制策略方面的研究已經(jīng)相對(duì)成熟,而有關(guān)海上用中壓大功率風(fēng)電變流器的主電路和功率電路的工程化設(shè)計(jì)方面還比較欠缺,尤其是在散熱以及疊層母排方面,因此本文結(jié)合中壓變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略,對(duì)功率電路的散熱和疊層母排設(shè)計(jì)開(kāi)展了研究工作。首先從多電平變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略以及功率電路的散熱設(shè)計(jì)和母排設(shè)計(jì)幾個(gè)方面對(duì)中壓大功率風(fēng)電變流器的發(fā)展現(xiàn)狀做了闡述。接著分析了NPC三電平變流器的工作原理和機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器采用的控制策略；對(duì)3MW中壓風(fēng)電變流器主電路的關(guān)鍵部件進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì),通過(guò)Matlab/Simulink仿真,驗(yàn)證了控制策略以及設(shè)計(jì)參數(shù)的選取是合理的。針對(duì)中壓風(fēng)電變流器功率電路的水冷散熱設(shè)計(jì),在分析了功率器件的損耗計(jì)算方法以及功率器件內(nèi)部熱源與外界環(huán)境之間的熱流路徑的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了兩種流道結(jié)構(gòu)的水冷散熱器,并用Icepak對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案的散熱性能進(jìn)行了仿真驗(yàn)真和性能對(duì)比。通過(guò)小功率變流器的熱仿真與溫升實(shí)驗(yàn)間接驗(yàn)證了大功率變流器散熱設(shè)計(jì)方法的正確性。在疊層母排設(shè)計(jì)方面,分析了疊層母排的低雜散電感特性以及影響母排雜散電感大小的因素,總結(jié)了考慮死區(qū)時(shí),NPC三電平變流器換流時(shí)產(chǎn)生關(guān)斷過(guò)電壓的四種換流回路,在此基礎(chǔ)上針對(duì)中壓風(fēng)電變流器的功率電路設(shè)計(jì)了兩種疊層母排方案,并用Ansoft Q3D提取了兩種母排的雜散電感值。通過(guò)小功率變流器的有限元仿真與雙脈沖實(shí)驗(yàn)間接驗(yàn)證了大功率變流器疊層母排設(shè)計(jì)方法的正確性。
【關(guān)鍵詞】：中壓變流器 功率電路 熱仿真 雜散電感 疊層母排
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM614;TM46
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 選題的背景及意義12-13
• 1.2 大功率風(fēng)電變流器發(fā)展研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究13-15
• 1.2.2 控制策略研究15-17
• 1.3 功率電路散熱設(shè)計(jì)與應(yīng)用現(xiàn)狀17-18
• 1.4 功率電路母排設(shè)計(jì)與應(yīng)用現(xiàn)狀18-19
• 1.5 本文的主要內(nèi)容19-22
• 2 三電平全功率變流器的控制策略22-30
• 2.1 NPC三電平PWM變流器的工作原理22-24
• 2.2 電網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略24-26
• 2.2.1 電壓型PWM變流器的數(shù)學(xué)模型24-25
• 2.2.2 電網(wǎng)電壓定向矢量控制25-26
• 2.3 電機(jī)側(cè)變流器的控制策略26-28
• 2.3.1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.3.2 轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 3 中壓風(fēng)電變流器的主電路設(shè)計(jì)30-42
• 3.1 中壓風(fēng)電變流器的主電路結(jié)構(gòu)30-31
• 3.2 功率電路組件設(shè)計(jì)31-33
• 3.2.1 IGBT模塊與箝位二極管的選擇31-32
• 3.2.2 中間直流電容設(shè)計(jì)32-33
• 3.3 電機(jī)側(cè)DU/DT抑制電路的設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.1 電壓的反射過(guò)程33-34
• 3.3.2 du/dt抑制電路參數(shù)設(shè)計(jì)34-35
• 3.4 電網(wǎng)側(cè)LCL濾波器的設(shè)計(jì)35-38
• 3.4.1 LCL濾波器參數(shù)選定的限定條件35-36
• 3.4.2 LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)36-38
• 3.5 中壓風(fēng)電變流器的仿真驗(yàn)證38-41
• 3.5.1 穩(wěn)態(tài)仿真39-41
• 3.5.2 動(dòng)態(tài)仿真41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 4 NPC三電平變流器功率電路的散熱設(shè)計(jì)42-64
• 4.1 功率開(kāi)關(guān)器件的損耗計(jì)算42-46
• 4.1.1 功率器件的損耗計(jì)算方法42-44
• 4.1.2 NPC三電平變流器損耗計(jì)算44-46
• 4.2 熱流路徑分析46-47
• 4.3 中壓變流器功率電路水冷板方案設(shè)計(jì)47-52
• 4.3.1 功率器件的損耗和溫升計(jì)算47-48
• 4.3.2 功率器件在水冷板上的布置48-49
• 4.3.3 水冷板流道方案設(shè)計(jì)49-51
• 4.3.4 水冷板材質(zhì)與冷卻劑選擇51-52
• 4.4 水冷板方案的熱仿真52-60
• 4.4.1 仿真軟件Icepak介紹52-53
• 4.4.2 水冷板仿真模型建立53-54
• 4.4.3 邊界條件設(shè)置及網(wǎng)格劃分54-56
• 4.4.4 仿真結(jié)果56-60
• 4.5 小功率變流器散熱仿真與溫升實(shí)驗(yàn)60-62
• 4.6 本章小結(jié)62-64
• 5 NPC三電平變流器功率電路的母排設(shè)計(jì)64-86
• 5.1 疊層母排的工作機(jī)理64-67
• 5.1.1 母排的雜散電感分析64-66
• 5.1.2 母排的軟件仿真66-67
• 5.2 母排雜散電感影響因素67-70
• 5.3 NPC三電平變流器疊層母排方案設(shè)計(jì)70-77
• 5.3.1 考慮死區(qū)的換流路徑分析70-74
• 5.3.2 疊層母排減小雜散電感的前提條件74-75
• 5.3.3 中壓變流器疊層母排設(shè)計(jì)方案75-77
• 5.4 疊層母排雜散電感的軟件提取77-80
• 5.5 小功率變流器有限元仿真與雙脈沖實(shí)驗(yàn)80-85
• 5.6 本章小結(jié)85-86
• 6 結(jié)論與展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 附錄A92-94
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果94-98
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集98

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本文編號(hào)：303688