薄膜电容器在风电IGBT模块PWM变流器中的应用(3)

4仿真和试验
4.1仿真结果与分析
采用上述方法对计算的直流母线支撑电容值进行仿真验证。利用MATLAB7.8.0软件SIMULINK功能进行负载突变情况下的直流母线电压波动的仿真。为了更直观地显示系统采用直流母线支撑
电容器理论最小电容值时的运行情况，我们在MATLAB软件自带的WindFarm-DFIGDetailedModel风电场模型的基础上，计算直流母线支撑电容器理论最小值，并将仿真结果与原模型进行对比。该模型中，一个9MW的风电场包含6台1.5MW风机，风机采用双馈感应发电机DFIG以及AC/DC/ACPWM变流器，网侧控制方法为传统电压电流双闭环控制。我们选取其中一台风机进行仿真，t=0.05s时，令负载倍增；t=0.15s时，负载恢复。 图2(a)是采用模型原参数进行仿真得出的直流母线电压波形，其PWM变流器直流母线支撑电容器电容量为10000μF。图2(b)是利用模型参数计算出最小理论电容值4095μF，替换原有的10000μF电容器的波形。对比两图可以看出，直流母线支撑电容器电容量减小后，直流母线电压波动变得更为明显，波动幅度也有所增加。在直流母线支撑电容器电容量减小后，对PWM变流器网侧控制策略进行改进，采用带负载电流前馈的电压电流双闭环控制方法，选取合适的控制参数，再次进行负载突变仿真。图2(c)为改进控制后直流母线电压波形。通过与其他波形的对比可见，虽然直流母线支撑电容器电容量减小，但是直流母线电压波动得到了较好的抑制，响应速度也有很大提高。由此证实了直流母线支撑电容器理论最小电容值计算方法的有效性，验证了使用电容量较小的薄膜电容器代替铝电解电容器的可行性。
4.2现场试验验证
在研制的2MW风力发电用PWM双馈变流器中，根据理论最小电容值以及直流母线纹波电流的计算方法，并考虑工程实际，选取了电容值及耐纹波电流能力合适的薄膜电容器作为直流母线支撑电容器。通过图3所示的并网试验波形可以看出，直流母线电压稳态运行状况平稳，直流母线额定电压为1050V，实际运行电压为1037V，谐波电压平均值为5.305V，符合实际运行需要。 5结论
阐述了在大功率风力发电系统中，使用薄膜电容器取代铝电解电容器，作为背靠背PWM变流器直流母线支撑电容器的必要性和可行性；总结了电容器的选型方法。利用MATLAB仿真软件对电容器电容量的选择方法进行了验证，结果表明：使用电容量较小的电容器作为直流母线支撑电容器是可行的。将薄膜电容器作为直流母线支撑电容器应用于实际工程中，取得了令人满意的效果。