H-MMC直驱永磁同步风力发电：系统设计与控制策略

"本文介绍了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统，该系统通过一次交交变换将三相风力发电机直接并入电网，具有低损耗、小电容电压纹波和无需升压变压器的优势。文章深入探讨了系统的功率特性和变流器子模块电容电压波动，并提出环流控制策略来维持电容电压平衡，以及采用双比例谐振控制器进行电流跟踪，实现了风力发电机的最大功率点跟踪下的稳定运行。仿真和实验结果证明了基于H-MMC的风力发电系统具备优良的静态和动态性能。" 基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统是一种高效且经济的风能转换方式。传统的风力发电技术往往需要经过多级转换，而直驱式系统通过H-MMC的交交变换，简化了这一过程，减少了能量损失，提升了效率。H-MMC是一种模块化设计的多电平变流器，其结构由多个子模块组成，每个子模块包含电容，这些电容在运行过程中可能会出现电压波动。 文章详细分析了这种系统的功率特性，包括风力发电机在不同风速条件下的功率输出变化。此外，还特别关注了变流器子模块电容电压的波动问题，因为这直接影响到系统的稳定性和运行效率。为了解决这个问题，作者提出了环流控制策略，通过监测和调整内部环流来保持电容电压的均衡。 同时，为了确保电流跟踪的精确性，采用了双比例谐振控制器。这种控制器能够快速响应电网条件的变化，使得风力发电机能够在最大功率点跟踪(MPPT)模式下稳定运行，从而最大限度地从风能中提取能量。 在验证该系统性能时，研究人员进行了MATLAB/Simulink的仿真模拟和RT-LAB硬件在环实验。仿真结果和实际试验都表明，基于H-MMC的风力发电系统具有良好的静态运行特性，如低电容电压纹波，以及出色的动态响应特性，比如快速跟踪风速变化和电网波动的能力。 这种基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统为大型风电场提供了一种高效、可靠的解决方案，尤其在中压大容量并网应用中，避免了升压变压器的使用，降低了系统成本和体积。同时，通过创新的控制策略，保证了系统的稳定性和发电效率，对于推动新能源技术的发展具有重要意义。