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基于高压IGBT中压三电平PWM风电变流器研究
摘要：
随着风力发电的快速发展，风电变流器技术也逐渐成熟。本文主要研究基于高压IGBT中压三电平PWM风电变流器的技术原理和应用。文章首先介绍了风电并网的发展现状和风电变流器的原理，然后详细阐述了中压三电平PWM技术的实现及其优点。最后，通过仿真实验和实际测试，证明了该技术在应用中的稳定性和可靠性，为风电发电的安全稳定运行提供了有效的保障。
关键词：风电并网；风电变流器；中压三电平PWM；稳定性；可靠性
Abstract：
Withtherapiddevelopmentofwindpowergeneration,windpowerconvertertechnologyhasgraduallymatured.ThispapermainlystudiesthetechnicalprinciplesandapplicationsofhighvoltageIGBTmediumvoltagethree-levelPWMwindpowerconverter.Thearticlefirstintroducesthedevelopmentstatusofwindpowergrid-connectedandtheprincipleofwindpowerconverter,andthenelaboratestheimplementationofmedium-voltagethree-levelPWMtechnologyanditsadvantages.Finally,throughsimulationexperimentsandactualtests,itisprovedthatthetechnologyisstableandreliableinapplication,providingeffectiveguaranteeforthesafeandstableoperationofwindpowergeneration.
Keywords:windpowergrid-connected;windpowerconverter;medium-voltagethree-levelPWM;stability;reliability
一、引言
在全球环境保护和能源危机的背景下，风电作为一种新兴的清洁能源形式，受到了全世界的关注和重视。在风电发电系统中，风电变流器是将风电发电机输出的交流电转换为可并入电网的直流电的核心部件，其质量和稳定性的好坏对于风电系统的发电效率和并网质量有着至关重要的作用。
本文主要研究基于高压IGBT中压三电平PWM风电变流器的原理和应用。文章结构分为四部分：
第一部分：介绍风力发电并网的发展现状和相关原理，以及风电变流器的作用和结构。
第二部分：详细阐述中压三电平PWM技术的实现及其优点。
第三部分：通过仿真实验和实际测试，验证该技术在应用过程中的稳定性和可靠性。
第四部分：总结文章中得出的结论，并对进一步研究进行展望。
二、风电并网及风电变流器原理
1、风电并网的发展现状
随着清洁能源的发展，风力发电作为一种具有潜力的能源形式在各国兴建规模越来越大的风电场，并逐渐实现了风力发电并入电网的目标。根据国民经济行业分类标准，风电并网分为工业和民用两个领域，工业应用主要是干线电网上的并网，民用应用包括城乡供电网的局部并网和终端使用。在工业应用中，高压级别的直流系统已经得到了广泛应用，而在民用应用中，市场上较为普遍的是中低压级别的。
2、风电变流器的结构和原理
作为风电发电系统中的核心部件，风电变流器主要将风力发电机输出的交流电转换为由电容滤波后的直流电，并将其并网供电。风电变流器的主要构成部分包括输入变压器、中间电感、功率半桥电路、电容滤波器和控制电路等。
风力发电机输出的三相交流功率如图1所示：
图1风力发电机输出的三相交流功率图
当风力发电机输出的是三角形交流电时，需经过输入变压器将其转换为星形交流电。中间电感的作用是保证直流出力的稳定性。功率半桥电路是风电变流器最核心的部件，负责将输入的星形交流电转换为由电容滤波的直流电输出。控制电路则是负责对风电变流器的整个过程进行控制，包括PWM模块、电流控制和电压控制等。
三、中压三电平PWM技术的实现及其优点
1、中压三电平PWM技术的实现原理
中压三电平PWM（PulseWidthModulation）技术是一种高效的风电变流器技术，其主要特点是减小了电压波形中的电压失真和电流谐波等问题。该技术通过将两个母线分别连接到变流器上的电容滤波器，形成一个带中点的三电平结构。PWM通过调节开关管的导通和截止来实现对交流电压的控制。
中压三电平PWM技术的电路图如图2所示：
图2中压三电平PWM技术的电路图
在中压三电平PWM技术中，将负载电压分为3级