风力发电系统中大功率变流器的应用初探
大功率直驱风力发电机组并网变流器的研究
ａ ： ＋ ＝
＝ ／ Ｃ 则从网 １ｗ ｍ
图 １ 网侧 变 流器 Ｌ Ｌ结 构 图 Ｃ
当 Ｖ Ｒ工 作 在 单 位功 率 因数 时 ， 矢 量 三 Ｓ 由“
角形 ” 知 可
＋（ Ｌ ＝ ∞１ ） ， （） １
［ ２（ ＋ｚ ）一ｊ Ｚ 】 一ｊ ＋ｚ ） ｊ １ 一ｊ ｂ 。 ｂ （ Ｘ ｂ （ ＋Ｚ ） ｊ 。＋Ｚ ） 一ｊ ｂ （Ｘ ｂ
（ ｈ ｎ ａ ｇＩｓｔｔ ｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｅｇａ ｇ１０ ３ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｅｙｎ ｎｔｕｅ ｆ ｇｎｅ ｎ ， ｈ ｎ ｙｎ １ ６ ｈｎ ） ｉ Ｅ ｉ １
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｓ ｄ ｅ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｉ ｉ ｕ ｔｏ ｅ ｆ ｌ ｓ ａ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｖ ｒｅ ， ｉｈ ｉｃ ｕ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｉ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｔ ｅ ｍａｎ ｃｒ ｉ ｆｔ ｕｌ ｃ ｌ ｏ ｒｃ ｎ ｅ ｔｒ ｗｈ ｃ ｎ ｌ ｄ ｓ ｕ ｃ ｈ －
且 电感 还 应该 满足
一
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分布式电源 ・
低 压 电器 （０ ２ ｏ ６ ２１Ｎ ． ）
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Ｎ １００ ０
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ｔ ｔ
≥ ｍａ￡ ） ＝ｍａ ｘ（ ｘ
， ＝２ ３， ｎ ， … （） ２
用于直驱型风力发电系统的变流器
用于直驱型风力发电系统的变流器Introduction：现在的能源越来越受到人们的关注，各种新的能源板块不断涌现。
在这其中，风能便是一种十分有前景的新能源，因此风力发电也是目前非常热门的产业之一，风力发电系统的核心组成部分就是变流器，本篇文章将围绕直驱型风力发电系统的变流器展开讨论。
直驱型风力发电系统的变流器变流器是能够将非直流电源转化成直流电源的电子设备，其作用在于将交流电能转化成可用直流电能。
风力发电系统的核心组成部分之一即为变流器，变流器可以将风起的旋转运动转换成直流电能，从而保证整个系统的正常运转。
因此直驱型风力发电系统的变流器是一个至关重要的部分。
直驱型风力发电系统的优点直驱型风力发电系统，顾名思义，即是指直接驱动风能发电机，适用于风速较大的场合。
相对于其它类型的风力发电系统，直驱型风力发电系统具有以下优点：1. 比传统型低速轴噪音小。
2. 没有减速箱，磨损小，寿命长。
3. 不需要润滑油，环保无污染。
4. 在风速越大时功率输出越高，效率相对较高。
直驱型风力发电系统的缺点然而，直驱型风力发电系统同样存在着缺点：1. 直驱式发电机，大功率和大尺寸难以实现高效、低成本和高可靠性。
2. 接口限制：没有旋转的传动部分，要直接接到风轮，因此不能使用具有偏心量的风刀片减小振动和抗风力突变的能力。
3. 运行稳定性有待提高。
直驱型风力发电系统中变流器的作用直驱型风力发电系统中的变流器具有将可变频率的风能产生的电能转换为稳定频率的电能输出的功能，从而满足系统对电能的要求。
直驱式变流器的核心是一个PWM逆变器，负责将直驱式风机的三相电能转换成电网电能，调节电压、电流、功率等参数，保证电网的稳定性和安全性。
直驱型风力发电系统中变流器的原理直驱型风力发电系统采用电子变频技术，因此变流器是其核心部件。
变流器能够将风力发电机转化所得的交流电转化为稳定的直流电，以保证系统的正常运转。
其中一个非常重要的环节就是控制变流器的换向工作。
风力发电系统中的变流器模型简化方法
风力发电系统中的变流器模型简化方法风力发电系统中的变流器模型简化方法随着环保意识的不断提高，越来越多的国家开始关注并推广可再生能源，其中风力发电已成为各国广泛采用的一种新型能源形式。
风力发电系统通常由风力机、变速器、发电机、变流器等组成，其中变流器是将风力机产生的交流电转换为直流电，并将其输出到电网上的重要环节之一。
然而，变流器的电路结构复杂，参数异常，对系统稳定性和运行效率有着很大的影响。
因此，对风力发电系统中的变流器模型简化方法进行研究和探索，具有一定的理论和实际意义。
一、风力发电系统中变流器的功能风力机是风力发电系统的核心部件，能够将风能转化为电能，但直接输出的电能是交流电，无法直接接入电网。
因此需要通过变流器将交流电转化为直流电，再通过逆变器将直流电转化为交流电，实现电力的输出与注册。
变流器是在风能转化为电能的过程中，起到负责调节、传递、控制等作用的关键设备。
在风力机转化为交流电并输出时，变流器调整和控制电流和电压，以保证电能准确输出，并且稳定性和够用度可以得到保证。
二、影响变流器性能的主要因素1、换流方式：换流方式不同，变流器所能完成的功率也不同。
直接换流法和谐波控制换流方式能够更好地控制输出的直流电，并提高变流器的效率。
2、电压等级：电压等级越高，变流器输出的电力效率越高，但也会给变流器带来更高的压力，因此需要根据实际情况选择合适的电压等级。
3、电感电容等电参数：对变流器来说，电感电容等电参数的选取非常重要，因为它们与工作频率、过载能力、效率等关系密切。
三、变流器模型简化方法在风力发电系统中，变流器模型是一个非常复杂的数学模型，对其进行数学运算和分析需要耗费大量的时间和精力，并且存在着一定的误差。
为了更好地实现风力发电系统的运行和监测，简化变流器模型方法成为了一种重要的研究方法。
目前常用的变流器模型简化方法有以下几种：1、均值模型方法：该方法将变流器中的单芯片直接转换模型转变为平均模型，在模型计算时，忽略变流器中出现的部分损耗。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略CATALOGUE 目录•全功率变流器风电机组概述•全功率变流器风电机组的工作原理•全功率变流器风电机组的控制策略•全功率变流器风电机组的性能评估与优化•全功率变流器风电机组的发展趋势与挑战CHAPTER全功率变流器风电机组概述风能发电简介风能是一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
风力发电技术经过多年的发展，已经逐渐成熟并被广泛应用于电力领域。
风能发电的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，进而驱动发电机产生电能。
全功率变流器是风电机组中重要的组成部分，主要作用是将风力发电机产生的电能进行变换和调节，以满足电网的需求。
全功率变流器具有高效率、高可靠性、高灵活性等特点，能够有效提升风电机组的整体性能。
全功率变流器的作用风电机组与电网的交互风电机组需要与电网进行良好的配合，以保证电能的质量和稳定性。
风电机组需要适应电网的运行要求，如电压、频率、相位等参数，以保证风电场的稳定运行。
风电机组与电网的交互是实现风能发电的重要环节之一。
CHAPTER全功率变流器风电机组的工作原理风轮齿轮箱将风轮的转速提升，并将其传递给发电机。
齿轮箱通常位于风轮和发电机之间。
齿轮箱发电机01020303开关全功率变流器的电力电子器件01整流器02逆变器最大风能追踪电力控制全功率变流器的控制原理CHAPTER全功率变流器风电机组的控制策略最大风能追踪控制变速恒频控制1直交轴电流控制23直交轴电流控制是一种用于抑制风电机组运行过程中产生的谐波电流的控制策略。
该控制策略通过实时监测发电机电流，将其中谐波电流分量消除或减弱，以减小谐波对电网的污染。
直交轴电流控制通常采用PWM整流器来实现，通过控制PWM的占空比和相位，实现谐波电流的抑制和功率因数的优化。
矢量控制策略CHAPTER全功率变流器风电机组的性能评估与优化性能评估方法发电效率评估01电网稳定性评估02抗干扰能力评估03控制策略优化最大风能追踪控制滑模变结构控制电力电子器件的优化与保护电力电子器件的选型与配置全功率变流器风电机组需要选择适当的电力电子器件，如IGBT、IGCT等，并配置相应的保护电路，以确保其在高电压、大电流等极端环境下能够安全、可靠地运行。
大功率半导体器件在兆瓦级风力发电变流器中的应用
大功率半导体器件在兆瓦级风力发电变流器中的应用风力发电/变流器/IGBT/IGCT1引言风力发电，是面向未来最清洁能源之一。
当今全球对风力发电的关注，极大促进了风力发电技术和风力发电装备产业的发展。
随着风电机组功率等级及其对风电技术要求的不断提高，大功率变流器在风电领域的应用将越来越广泛。
由于大功率半导体器件很大程度上直接决定了大功率变流器对电能的变换处理的性能，因此对大功率半导体器件的应用就尤为重要。
就目前的技术水平，只有绝缘栅双极型晶体管（Insolated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）和集成门极换流晶闸管（Integrated Gate Commutated Thyristor，简称IGCT）能满足兆瓦级变流器应用的要求。
2风力发电变流器风力发电变流器是风力发电机与电网之间的桥梁与纽带，它是一种将多变的风力电能变换成稳定的电能馈入电网的技术。
随着风电产业的迅猛发展，风力发电技术呈现出以下趋势：定桨向变桨发展和恒速恒频向变速恒频发展；无齿轮箱的直驱方式和采用一级齿轮箱的半直驱方式倍受重视；单机容量稳步上升；风电设备的成本呈现不断下降的趋势。
根据风力发电机产生能量馈入电网的方式，风力发电系统可分为下述三种类型： (1)直接并网该系统中的风力发电机产生的能量直接馈入电网。
这种方式的技术简单，成本低廉，可靠性高，但存在功率因数低，受电网影响大，风能利用率低等缺点，随着技术的发展难免会被逐渐淘汰。
(2)部分功率变流并网该系统如双馈型风力发电系统可对风机输出电能按需要在一定范围内进行调节和控制，因此在输出电能质量、风能利用率等方面，与直接并网技术相比，具有明显的优势，而且在当前和今后一段时期内，仍然会在风电设备中扮演重要的角色。
(3)全功率变流并网图1全功率并网变流器该系统原理见图1。
其最大特点在于风机产生的全部电能都需经并网变流器处理后并网。
因此，该技术具有下述优势：●风机输出电压频率不再受电网频率的限制。
风力发电系统中大功率变流器的应用
0
引言
容量是有限的, 同时 , 由于变流器的功率很大 , 基于 降低开关损耗, 减小电磁干扰的考虑 , 器件的开关频 率也不可能太高, 但开关频率太低又会导致变流器 输出波形的畸变率增加 , 进而增加后续滤波器的设 计难度 , 并对电网产生污染 , 因此适合于直驱型风力 发电系统的变流器拓扑还需要深入研究。 变流器作为风力所发的电能回馈至电网的唯一 通路, 对其容量、 可靠性、 响应速度和并网特性等方 面要求很高 , 变流器的设计和制造是直驱型风力发 电系统的一个重点和难点, 它对于整个系统的稳定、 高效运行很重要, 掌握这项技术 , 对于推动我国风力 发电事业的发展, 增强风力发电领域的自主创新能 力 , 具有十分重要的意义。
l et in1557 变流器拓扑如图 1 所示[ 4] , 其电路结构为 交 直 交电流源型 , 采用功率器件 GT O 串 联的 两电平逆变器利用器件的串联实现高压, 从而提高 了逆变器的容量。 由图 1 可以看出 , Bulletin 1557 变流器前端采 用 18 脉冲晶闸管整流, 中间经电抗器后直接与后端 GT O 串联两电平逆变器相接 , 拓扑结构简单 , 故障 点少。 成都佳灵公司采用 IGBT 直接串联方式研发成 功了高压变流器 , 使高压变流器具有和低压变流器 一样简单的结构[ 5] 。其拓扑结构如图 2 所示 , 可以 看出 : 该系统由电网高压直接经高压断路器进入变 流器 , 经过高压二极管全桥整流、 直流平波电抗器和 电容滤波 , 再经逆变器逆变 , 加上正弦波滤波器 , 简 单易行地实现高压变频输出, 可供给高压电动机或 接变压器耦合入电网。 采用器件串并联方式提高变流器的功率, 具有 拓扑结构简单, 功率器件个数少等优点。但器件串 联会带来分压不均问题, 器件并联会带来器件的均 流问题, 因而对驱动电路的要求也大大提高, 要尽量 做到串联器件同时导通和关断 , 否则由于各器件开 断时间不一, 承受电压不均或分流不均 , 会导致器件 损坏甚至整个变流器崩溃。 1. 2 多电平大功率变流器 多电平变流器本质依赖于内部多电平逆变器的 多电平逆变 功能 , 相对于传统的两电平变流器 , 其 主要优点为 : 单个器件承受的电压应力小 , 更容易实 现高压大功率; 在相同开关频率下, 输出波形更接近 正弦波 , 谐波含量更低 ; 同时还大大减轻了电磁干扰 ( EM I) 问题。 ABB 公司生产的 ACS1000 系列变流器采用三 电平拓扑结构。其内部逆变器部分功率器件采用集 成门极换流晶闸管 ( IGCT ) , 所用拓扑为二极管箝位 型三电平拓扑, 输出的电压等级有 2 2、 3 3 和 4 16 kV 。图 3 所示为 ABB 公司 ACS1000 系列 12 脉冲 整流三电平电压源变流器的主电路拓扑图 。西门 子公司采用高压 IGBT 器件 , 生产了与之类似的变 流器 SIM OVERT MV 。 法国阿尔斯通 ( AL ST OM ) 公司采用飞跨电容 型四电平 拓扑 , 基 于功 率器件 IGBT 生 产出 AL SPAVDM 6000 系列高 压变流器 , 其主 电路拓 扑如 图 4 所示。 分析图 4 可知, 该拓扑功率器件在串联的基础
大功率直驱风力发电并网变流器主电路的研究
三 相 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流器 输 出 的 电 压 为 Ｐ ＷＭ
波 ， 实现 并 网必 须 要 求 滤波 。 统 的 网侧 滤 波 器 要 传
电机的定子侧直接与变流器相连 ，通过机侧变流
器 把 发 电机 发 出 的功 率 传 到 直 流 侧 ．然 后 再 通 过 网 侧变 流 器 把 功 率 直 接 并 入 电网 。 直 驱 电机 侧 变 流器 与 永 磁 同 步 发 电 机 的 定 子
关 键词 ： 网变流 器 ；直 驱 ；滤波 器 并 中图分类号 ：Ｍ ６ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号：０ ０ １０ ２ １ ）１ ０ ０ — ３ １０ － ０ Ｘ（０ ２ Ｏ — ０ ４ ０
Ｄｅｅｏ ｍｅ ｔｏ ｅＧｒ －ｏ ｖｒｅ ｏ ｇ ｏ ｅ ｅｍａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｖｌｐ ｎ ｆｔ ｉ ｃｎ ｅｔｒｆｒＨｊｈＰ ｗ ｒＰ ｒ ｎ ｎ ｈ ｄ Ｍａ ｎ ｔ
Ｄｉ ｅ ｔ ｄ ｉ ｅ ｉ ｄ ｒ ｎｅ ｒ ｃ ． ｒ ｖ ｎ Ｗ ｎ Ｔｕ ｂｉ
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第４ ６卷 第 １期
风力发电系统中大功率变流器的应用
风力发电系统中大功率变流器的应用摘要：在当前风力发电系统中融入大功率变流器，有效的提高了整体的工作效果，具备运行效率较高和维护成本降低的特点，在风力发电领域中有着良好的应用前景。
在实际工作中需要根据风力发电系统的运行特征，选择正确的大功率变流器，融入先进的技术方案，进一步的提高输出电压的等级，满足日常的使用要求，促进行业的不断进步以及发展。
关键词：风力发电系统；大功率变流器；应用研究在近几年来，风力发电机的单机容量逐渐朝着增加的趋势而不断的发展，在直驱型风力发电机中，需要通过变流器来实现信息的上传，相关功率器件要符合高功率的要求以及标准，但是由于材料的限制性导致功率器件由于自身容量的有限增加了后续运行的难度，所以在使用工作中需要取得正确的大功率变流器来满足实际的工作要求，避免对后续电力系统的传输产生一定的影响，促进风力发电行业的不断发展。
一、大功率变流器的运行原理在1976年设计出第一台大功率的变流器，在实际应用的过程中，能够根据开关阵列的排列特点来优化整体的电网结构，通过变流器能够完成能量之间的转换，和自然型换流器相比两者之间的相似度是非常突出的，在波形输出方面能够按照一定的顺序进行采样，在能量使用模式中对于变流器的采样周期来说，变化周期和电源有着密切的关系，电压输出波形要根据样板中电压采样周期的切开进行有效的排列。
为了和样板更加接近，在实际工作中需要确定好输出电压，在采样率方面的标准高于输入和输出的功率，在采样控制时还需要使各个输入电压周期的平均值和参考值是相近的，这样一来合成的波形频率才可以进行适当的调整和优化。
并且和低次频率保持相同的状态下，大功率变流器的电子开关是以双向四相线开关为主的，能够在两个方向中进行得通电流的阻断[1]。
在实际工作中需要根据实际的要求以及标准，利用标准半导体器件进行组合性的建设，从而使换流工作能够具备正确性的特征。
另外在开关中要实现两个方向电流的独立性控制，更加贴合日常的使用，需要避免对后续的运行产生一定的影响。
大功率风力发电变流器的数字控制设计的开题报告
大功率风力发电变流器的数字控制设计的开题报告1. 研究背景和意义随着清洁能源的不断发展和应用，风力发电逐渐成为重要的清洁能源之一。
在风力发电系统中，风力发电变流器作为连接发电机和电网的关键部件，扮演着将风能转化为电能并按要求并网的重要角色。
目前市场上大多数的风力发电变流器采用了传统的模拟控制方式，但由于其控制精度较低、应对复杂电网环境的能力较弱等问题，对风力发电系统的稳定性和可靠性产生了一定的影响。
因此，本课题旨在研究数字控制在大功率风力发电变流器中的应用，以提高其控制精度和可靠性，同时提高风力发电系统的整体性能和稳定性，为清洁能源的发展贡献一份力量。
2. 研究内容和方法本课题主要包括以下内容：(1) 风力发电变流器的工作原理及现有控制方式的分析。
(2) 数字控制在大功率风力发电变流器中的应用研究，包括数字信号处理、控制算法设计、控制器实现等方面的内容。
(3) 针对数字控制在大功率风力发电变流器中的应用进行实验验证和性能测试，包括控制精度、响应速度、抗扰性等方面的参数测试。
本课题主要采用理论分析和实验验证相结合的方法，使用Matlab和Simulink等仿真软件进行控制器设计和性能测试，搭建实验平台进行实验验证。
3. 预期成果和意义预期在本课题中将设计出一种基于数字控制的大功率风力发电变流器，并对其进行性能测试和实验验证，得到以下成果：(1) 实现数字信号处理、控制算法设计、控制器实现等方面的内容，提高风力发电变流器的控制精度和可靠性。
(2) 在不同的风速和负载条件下，对数字控制风力发电变流器的实验性能进行测试和分析，为其应用提供必要的理论基础。
(3) 推动数字控制技术在大功率风力发电变流器中的应用，提高清洁能源的利用率和效率，有利于推动我国清洁能源产业的发展和可持续发展。
风电变流器的应用和技术发展研究
风电变流器的应用和技术发展研究摘要：随着全球能源需求的增加和环境问题的日益突出，可再生能源的利用成为重要的发展方向。
风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的潜力和优势，因此风电发电成为了重要的能源开发领域。
风电变流器作为风力发电系统的核心部件，对风能的高效利用和电网的稳定运行起着至关重要的作用。
基于此，本文将对风电变流器的应用和技术发展进行简单探讨，以期为风力发电技术的进一步发展提供帮助。
关键词：风电变流器；应用；技术发展1.风电变流器的基本原理和分类1.1基本原理风电变流器的基本原理是通过电子器件对电流进行控制和调节，实现电能的转换和传输。
其主要原理包括：（1）电流整流：将风轮发电机产生的交流电转换为直流电。
通过整流桥电路，将交流电转换为直流电，并通过滤波电路消除电流中的脉动。
（2）电流逆变：将直流电转换为交流电。
通过逆变器将直流电转换为交流电，并通过PWM（脉宽调制）技术控制输出电压的幅值和频率，以满足电网的要求。
（3）控制系统：通过控制系统对变流器进行控制和调节，实现对输出电流、电压和频率的精确控制。
1.2分类根据不同的工作原理和结构特点，风电变流器可以分为以下几类：（1）逆变器：逆变器是将直流电转换为交流电的关键设备，主要有PWM逆变器和谐波消除逆变器两种类型。
PWM逆变器通过控制开关管的导通和截止，实现对输出电压的调节；谐波消除逆变器通过谐波滤波器消除逆变器输出电压中的谐波成分，提高电能质量。
（2）整流器：整流器是将交流电转换为直流电的设备，主要有可控硅整流器和IGBT整流器两种类型。
可控硅整流器通过控制可控硅的导通和截止，实现对输出电流的调节；IGBT整流器通过控制IGBT的导通和截止，实现对输出电流的调节。
（3）混合型变流器：混合型变流器是整流器和逆变器的组合，既可以将交流电转换为直流电，也可以将直流电转换为交流电。
它具有结构简单、体积小、效率高等优点，适用于小型风力发电系统。
1.风电变流器的应用2.1风电场中的变流器应用首先，风电变流器能够实现风力发电机与电网之间的有效连接。
大功率直驱风力发电并网变流器主电路的研究
ｔ ｄ ｃ ｄ ａ ｌ ａ ｈ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｉ ｅ ｓｄ ＣＬ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｒｓｄ ｕ ｄ ｌ ｒ ｈ ｌ ｎ ｔ ｎ ｏ ｒ ｕ ｅ ｓｗｅｌ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆ ｌ — ｉ ｅ Ｌ ｌ ｎ ｈ ｅ ｅ ａｏ — ｉ ｅ ｄ ／ ｔｆ ｔ ，ｔ ｅ ｅ ｉ ａｉ ｆ ｏ ｎ ｉ ｅ ｉ ｅ ｍｉ ｏ
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０ 引 言
对 于直 驱 同步 风力 发 电系 统 ， 图 １ 示 ， 如 所 其
叶片 直接 与 永 磁 同 步 发 电机 相 连 ， 于永 磁 同 步 由 发 电机 的转 子 极 对 数 较 多 ， 而 可 以不 需 要 齿 轮 因 箱 来 提 速 。永 磁 同步 发 电机 的定 子侧 直 接 与变 流 器相 连 ， 过机 侧 变 流 器 把 发 电 机 发 出 的 功 率 传 通 到直 流 侧 ， 然后 再 通 过 网侧 变 流器 把 功率 直 接 并
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风电变流器中的最大功率追踪技术研究
风电变流器中的最大功率追踪技术研究引言：随着对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可再生的能源来源正受到越来越多的关注和开发利用。
风力涡轮机是将风能转化为机械能的关键设备，而风电变流器则是将风力涡轮机产生的机械能转化为电能的核心装置之一。
在风电系统中，风电变流器起着关键的作用，它负责将风力发电机产生的交流电转换为稳定的直流电，并通过逆变器将直流电转化为交流电，并输送到电网中。
其中一个重要的问题是如何实现风电变流器的最大功率追踪。
最大功率追踪技术可以有效提高风电系统的整体效率，并最大限度地提供可再生能源的利用率。
本文将介绍风电变流器中的最大功率追踪技术，并探讨其原理和实现方法。
1. 最大功率追踪技术的原理最大功率追踪技术旨在通过对风力发电机的转速和电流进行调节，使其运行在最佳功率点上。
最佳功率点是指风力发电机在一定风速范围内，能够输出最大电能的状态。
风力发电机的最佳功率点与其转速和电流之间的关系密切相关。
通常情况下，风力发电机的最佳功率点位于其额定转速的70%至90%之间，当风速超过额定风速时，最佳功率点开始下移。
因此，通过监测风速、风力发电机的转速和电流等参数，可以实时调整风力发电机的工作状态，使其运行在最佳功率点上。
2. 最大功率追踪技术的实现方法在实际应用中，有多种方法可以实现风电变流器的最大功率追踪。
以下介绍几种常见的实现方法：（1）基于电流控制的最大功率追踪技术：该方法通过控制变流器的输出电流，使风力发电机运行在最佳功率点上。
具体实现时，可以通过调整变流器的调制比和输出电压等参数，使输出电流接近电流限制，并动态调节以实现最大功率追踪。
（2）基于转速控制的最大功率追踪技术：该方法通过控制风力发电机的转速，使其运行在最佳功率点上。
一种常用的实现方法是使用PID控制算法，根据风速和风力发电机的转速误差进行调整，以实现最大功率追踪。
（3）基于模型预测控制的最大功率追踪技术：该方法利用数学模型对风力发电机的动态特性进行预测，以实现最大功率追踪。
直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究
直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环保意识的逐步加强，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
直驱型风力发电系统，作为一种新型的风力发电技术，其全功率并网变流技术是实现风能与电网高效、稳定、安全运行的关键。
本文旨在深入研究直驱型风力发电系统的全功率并网变流技术，探讨其原理、特点、优势以及在实际应用中的挑战和解决方案，以期为风力发电技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了风力发电技术的发展背景和现状，重点阐述了直驱型风力发电系统的基本原理和结构特点。
在此基础上，详细分析了全功率并网变流技术的关键要素，包括并网控制策略、功率变换器设计、电能质量控制等方面。
接着，本文探讨了直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的优势，如高效的能量转换、优良的电能质量、较低的运维成本等。
同时，也指出了在实际应用中可能遇到的问题和挑战，如电网接入稳定性、系统保护与控制等。
为了全面、深入地研究直驱型风力发电系统全功率并网变流技术，本文采用了理论分析和实验研究相结合的方法。
在理论分析方面，建立了直驱型风力发电系统的数学模型，推导了并网变流技术的关键控制方程，为后续的仿真和实验研究提供了理论基础。
在实验研究方面，搭建了直驱型风力发电系统实验平台，进行了并网变流技术的实验研究，验证了理论分析的正确性和实际应用的有效性。
本文总结了直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究成果和贡献，展望了未来的发展方向和应用前景。
通过本文的研究，希望能够为直驱型风力发电系统的发展和应用提供有益的参考和借鉴，推动风力发电技术的不断创新和发展。
二、直驱型风力发电系统的基本原理及结构直驱型风力发电系统（Direct-Drive Wind Turbine Generation System，简称DDWTS）是一种无需齿轮箱增速，直接将风力机叶片的旋转动能转化为发电机电能的风力发电系统。
电力电子器件在风力发电系统中的应用
电力电子器件在风力发电系统中的应用在当今推动可持续发展的浪潮中，风力发电作为一种清洁、可再生能源逐渐受到人们的重视。
然而，风力发电系统的可靠性和效率依赖于先进的电力电子器件的应用。
本文将探讨电力电子器件在风力发电系统中的关键应用，包括变流器、功率电子开关、变压器以及电力电子控制系统。
一、变流器的应用变流器是将风力发电机产生的交流电转换为直流电的关键设备。
在风力发电系统中，产生的电流不仅需要变频，还需要与电网的频率和相位保持同步。
因此，变流器在风力发电系统中的应用显得尤为重要。
采用现代功率半导体器件构成的变流器，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管），能够实现高效率和低损耗的能量转换。
同时，变流器还可以通过控制电流和电压的相位、幅值和频率来调节风力发电机的输出功率，以适应不同的风况和电网要求。
二、功率电子开关的应用功率电子开关是实现电力电子器件的关键组成部分，常用的功率电子开关包括IGBT、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和GTO（门极可控硅）。
在风力发电系统中，功率电子开关用于控制风力发电机的输入和输出功率，以及电网和风力发电机之间的能量转换过程。
功率电子开关的应用使得风力发电系统可以实现高效率和可靠性的能量转换。
同时，功率电子开关的快速开关速度和低损耗特性使得风力发电机能够更加精确地跟踪最大功率点，提高整个系统的发电效率。
三、变压器的应用在风力发电系统中，变压器用于升压或降压风力发电机的输出电压，以适应电网的要求。
变压器的设计和选择对于保证风力发电系统的稳定运行和高效运行起着至关重要的作用。
采用高频变压器可以减小变压器的尺寸和重量，提高效率。
变压器的核心材料和导体材料的选择以及合理的绕组配置也是确保变压器高效运行的关键因素。
四、电力电子控制系统的应用电力电子控制系统是风力发电系统的大脑，用于实现对整个系统的监控和控制，保证系统安全运行和最佳性能。
电力电子控制系统包括电力电子器件的模型建立、参数测量与估算、系统监测与故障检测、控制策略的设计和实现。
MW级大功率风电机组变流器系统的研究
系统的稳定性 。图 ５为系统结构示意 图。
图 ５ 系 统 结 构 框 图
其 主要优 点在 于 ：单个器 件承受 的 电压 应力 小，更
容 易 实 现 高 压 大 功 率 ；在 相 同 开 关 频 率 下 ，输 出波 形 更 接 近 正 弦 波 ，谐 波 含 量 更 低 ； 同 时 还 大 大 减 轻 了 电 磁 干 扰 （ ＭＩ 问 题 。 Ｅ ）
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｈ ａ ｒ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐｅ ，ｗｅ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｗ ｉｄ ｐ ｗｅ ｙｓｅ ｉ ｏ ｍｏ ｅ ｏ ｈｒ ｅ ｋｉ ｄ ｉ ｈ ｔ ｄ ｈ ｎ ｏ ｒｓ ｔ ｍ ｎ ｃ ｍ ｎ ｕｓ ｆｔ ｅ ｎ ｓ ｏｆｈ ｇ
系 统 由 一 个 操 作 器 和 两 个 并联 的 变 流 器 组 成 。
系 统各个对 象之 间采 用 Ｃ Ｎ 总线方式进行 通信 。 Ａ 操
作 器 （ 机 接 口 ） 控 制 各 变 流 单 元 的 启 停 和 参 数 修 人
改 ；变流器 负责机 侧整流 与 网侧逆 变 。机侧 整流原
采用器 件 串并联方 式提 高变流 器的功 率 ，具有 拓 扑结构 简单 ，功率器 件个 数少等优 点 。但器件 串 联会 带来分压 不均 问题 ，器 件并联 会带来器 件的均 流 问题 ，因而对驱 动 电路 的要 求也大 大提 高，要尽 量做到 串联器 件 同时导通 和关 断，否则 由于各器 件 开断 时间不一 ，承 受 电压 不均或 分流不均 ，会 导致 器件 损坏甚 至整个 逆变器 崩溃 。 ２３ 多 电平 大功率 变流器 ． 多 电平 变频器 本质 依赖于 内部 多 电平逆 变器 的
风电变流器在可再生能源转换中的应用与发展趋势
风电变流器在可再生能源转换中的应用与发展趋势风电变流器是风力发电系统中至关重要的组件，它承担着将风能转换为电能的关键角色。
随着全球对可再生能源的需求不断增加，风电变流器的应用正日益普及。
本文将探讨风电变流器在可再生能源转换中的应用和发展趋势。
首先，我们来了解一下风电变流器的基本原理和作用。
风电变流器主要通过将风轮转动的机械能转换为电能，并将其输出到电网中。
在风力机旋转时，变流器能够控制电能的频率和相位，以实现与电网的稳定连接。
此外，风电变流器还能够通过各种控制策略，如最大功率点跟踪和无功补偿，优化风力机的性能和电网的稳定性。
在可再生能源转换中，风电变流器的应用范围非常广泛。
首先，它可以实现风力发电站和电网之间的双向能量流。
当风力机产生的电能超过电网需求时，变流器能够将多余的电能注入电网，实现能量的回馈。
而当电网需要额外的电能时，变流器则能够从电网中吸收电能，保证电网的稳定运行。
这种双向能量流的灵活性使得风力发电系统能够更好地适应电网的需求变化。
其次，在小型分布式风力发电系统中，风电变流器的作用更为重要。
分布式风力发电系统通常由多个小型风力机组成，其中每个风力机都配备有独立的变流器。
这种分布式的结构使得整体系统具有较高的可靠性和可伸缩性。
风电变流器能够实现对各个风力机的独立控制，并将它们的电能输出到电网中。
这种模块化的布局非常有利于扩展和维护，同时也提高了整个系统的效率和稳定性。
随着技术的发展，风电变流器也在不断创新和进化，以应对可再生能源转换的新需求。
首先，变流器的功率密度不断提高。
随着电子元器件的进步和设计的优化，风电变流器的体积不断减小，功率密度不断提高。
这使得风力发电系统可以更加紧凑和高效。
其次，变流器的可靠性和可控性也得到了改善。
通过采用先进的控制算法和故障检测技术，风电变流器能够在故障发生时及时进行诊断和处理，从而提高系统的可靠性。
此外，变流器的响应速度和稳定性也得到了显著提升，使得风力发电系统对电网的要求更加灵活和严格。
[变流器,拓扑,大功]高压大功率直驱并网型风力发电变流器拓扑分析
![[变流器,拓扑,大功]高压大功率直驱并网型风力发电变流器拓扑分析](https://img.taocdn.com/s3/m/3b32512af705cc17542709bd.png)
高压大功率直驱并网型风力发电变流器拓扑分析摘要：文章概述了国家新能源政策以及风力发电的发展现状，研究了直驱型风电机组全功率并网变流技术的现状，比较现有的常规直驱型风电变流器的拓扑结构的优劣，并比较大功率高电压风力发电变流器拓扑结构的优劣，提出了两种新型高压大功率风力发电机的变流器拓扑。
关键词：风力发电；大功率；直驱式1 概述随着经济的快速发展，人们对电力的需求越来越大，目前，我国的发电方式主要是火力发电，而火力发电所需的化石能源是不可再生资源。
因此，开发和利用新能源和可再生能源是解决能源和环保问题的重要措施之一。
近年来，我国的风电产业发展迅速，“十二五”期间，我国风电装机规模持续迅猛增长。
2011年并网风电装机容量达到4700万千瓦，取代美国跃升为世界第一风电装机大国；2012年发电量达1008亿千瓦时，首次超过核电。
截至今年9月底，我国风电并网装机规模为10885万千瓦，占全部发电装机的7.9%。
经过近几年风力发电技术的迅速发展，以及对风力发电系统各自的优势和特点的研究，双馈发电机系统和直驱风电系统成为了大功率MW级风力发电的趋势。
今后将量产3.3MW以上，输出电压为10kV的大功率风力发电机[1]，现有的风力发电变流器拓扑将不适合于大功率风力发电机，但是对适用于高压大功率风力发电机的变流器拓扑研究还较少，因此文章所研究的拓扑具有很强的现实意义。
2 风力发电变流器研究现状直驱型风力发电机是一种需要全功率变流的风力发电机，随着电力电子技术发展的越来越成熟，全功率风力发电变流器的制造成本大为下降，风力发电机的直驱化也是当前研究的一个热点。
目前大部分风力发电机与风轮不是直接相连，而是中间通过齿轮箱相连，齿轮箱不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且齿轮箱很容易出现故障，是目前风力发电机组的故障点之一。
而直驱式风力发电并网变流机组没有齿轮箱，发电机直接与风轮相连，增强了系统的稳定性，提高了系统运行的效率。
风力发电系统中大功率变流器的应用初探
风力发电系统中大功率变流器的应用初探摘要：随着中国经济的发展和科技进步，中国风电技术发展迅速。
永磁直驱风力发电系统结构简单，风能利用率高，故障率低，稳定性和安全性得到了广泛的应用。
转换器装置是直驱式永磁风力发电系统的重要组成部分。
变流器的控制方法包括电网侧变流器控制和机侧变流器控制。
本文分析了两者的控制功能。
关键词：风力发电系统；大功率变流器；器件串并联引言风力发电转换器是风力发电系统的关键组件。
其作用是将风电机组在自然风作用下发出的不稳定频率和幅值的电能转换为频率和幅度稳定，并将符合电网要求的电能纳入电能中。
格。
风电变流器不仅提高了机组效率，而且对机组并网和电网安全稳定运行起着关键作用。
1中大功率变换器的原理大中型电源转换器的电子开关基于一个双向四象限开关，可以阻断双向导通电流。
但在实际采购过程中，难以满足型号的要求，尤其是功率转换器。
因此，在实际应用过程中，可以使用标准半导体器件的组合来构建。
为了确保换向的正确性，双向四象限开关需要在两个方向上独立控制电流。
2大功率电力电子器件对中大功率变流器发展的影响2.1绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管被称为IGBT。
成功的开发时间为1988年，目前市场上IGBT的最高电压已达到6500V，最大电流达到2400A。
在正常情况下，IGBT被封装在模块中。
在标准模块中，有许多IGBT芯片。
例如，在3300V/1300A模块中，包含36个芯片和450多个电缆。
这些芯片通常在并行固定过程中固定在一个位置以改善晶体管的绝缘性和导热性。
此外，这种模块化的形式也很容易安装在散热器上。
虽然大功率IGBT模块具有容易保护短路电流，保护电源等强大特性和优点，但也存在许多缺点和不足，如开关损坏引起的开路等，大功率转换器实际应用受到严重阻碍。
2.2集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管简称为IGCT，具有IGBT的许多优点，如饱和压降低，安全工作区宽。
IGCT也有其自身的特点，可以阻断不对称的正负电压，以保证电压源PWM的正常工作。
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风力发电系统中大功率变流器的应用初探随着社会的不断发展，风力发电系统对中大功率变流器的需求越来越大。
文章根据以往工作经验，对中大功率变流器的原理及大功率电子器件对中大功率变流器发展的影响进行总结，并从器件串并联型大功率变流器、多电平大功率变流器、并联变流器、多电平结合多重化型变流器、级联H桥型多电平变流器五方面，论述了风力发电系统中大功率变流器的具体应用。
标签：风力发电系统；大功率变流器；器件串并联；多电平Abstract：With the development of society，the demand of wind power system for medium and large power converter is increasing. In this paper，the principle of medium and large power converters and the influence of high power electronic devices on the development of medium and large power converters are summarized. And from five aspects，i.e.，the device series-parallel type high-power converter，multi-level high-power converter，parallel converter，multi-level combined multi-heavy type converter and cascaded H-bridge multilevel converter，the application of large power converter in wind power system is discussed.Keywords：wind power system；high-power converter；device series-parallel；multilevel前言近年来，风力发电机的单机容量呈现出明显的增加趋势，很多风力发电拓撲也被人们开发出来，就目前实际应用情况来看，双馈型风力发电机仍然是风力发电系统中的主流。
在直驱型风力发电机系统之中，电能需要经过变流器实现电网上传，这也要求相关功率器件必须具备较高的功率等级。
但由于材料等因素的限制，很多功率器件的自身容量有限，为后续设计工作提升了难度。
1 中大功率变流器的原理在1976年，人们设计出了第一台中大功率变流器，并将其命名为强迫交换相交-交变流器，该变流器也可以被称作是矩阵变流器，主要结构原理如下：在m×n个双向四象限开关阵列排列过程之中，可将n项负载搭载到m项的电网之中，而3×3个开关所组成的三相矩阵变流器则更具有代表意义。
与自然型换流器相比，二者具有很强的相似性，尤其是在波形输出方面，都是按照一定的顺序进行采样之后而合成的。
但强迫型变流器的采样周期是变化的，变化周期与电源有直接关系。
站在另一个角度来说，电压输出波形是根据样板中电压采样周期的“切块”顺序排列而来。
为了与样板更加接近，输出电压在采样率的确定上应高于输入和输出功率。
在采样控制过程中，还要保证输出电压各个周期中的平均值与参考值相接近。
只有这样，合成波形的频率才能进行改变，并与参考波形的低次频率保持相同。
中大功率变流器的电子开关以双向四象限开关为主，能够在两个方向之中对导通电流进行阻断。
但在实际采购过程中，很难遇到符合要求的类型，尤其是功率较大的变流器。
因此，在实际应用过程中，可以利用标准半导体器件进行组合建设，为确保换流的正确性，双向四象限开关需要对两个方向的电流实现独立控制。
2 大功率电力电子器件对中大功率变流器发展的影响2.1 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管简称IGBT，成功研制时间为1988年。
截止到目前，市场中IGBT的最大电压已经达到6500V，最大电流也将达到了2400A。
通常情况之下，IGBT以模块形式进行封装，在一个标准模块之中，会存在很多个IGBT芯片。
例如，在3300V/1300A的模块之中，便包含着36块芯片和450多根连接线。
这些芯片在并联固定过程中，一般会固定在一个部位上，以此来提升晶体管的绝缘和导热特性。
另外，这种模块形式也很容易在散热器上得到安装。
虽然大功率的IGBT模块具有很强的特性和优势，如容易对短路电流进行保护、对电源提供保护等，但也存在很多缺点和不足，如开关损坏之后造成开路等，让大功率变流器的实际应用受到了严重阻碍[1]。
2.2 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管简称IGCT，由日本东芝公司成功研制出来，这种晶体管具备IGBT的很多优点，如饱和压降较低、安全工作区域较宽等。
另外，IGCT 还具备自身特点，可对不对称的正反向电压进行阻断，以此来保证电压源PWM 的正常运转。
除此之外，IGCT在使用过程中耗损量很低，可降低风力发电企业在变流器中的投入成本，同时也能增加相关工作的有效性。
例如，在300KV A变流器使用过程中，不需要串联和并联也能完成工作。
截止到目前，人们所研制的IGCT已经达到了9KV/6KV水准，而很多6.5KV的器件已经在市场中开始供应。
也正是由于这种发展因素的促使，让IGCT有希望成为高压低频电流器的最优选择。
但从实质上来说，IGCT仍然属于GTO行列，知识解决了GTO中门极驱动的问题。
由于门极驱动电路中存在很多电容器，在实际工作中需要消耗大量的功率才能完成相应工作，从而对整体工作效率产生了极大影响。
在加上短路故障出现之后，固定开关无法得到及时切断，导致短路保护措施的严重缺失，这对于中大功率变流器的发展十分不利。
2.3 MOS可关断晶闸管MOS可关断晶闸管简称MTO，发展此项技术的目的是将IGCT集成电路中的MOSEET去除，由于发电系统的整体运行作用，MOSEET被带入了功率器的内部。
因此，MTO外部的驱动电路中只含有较少的电路元件，但这些元件均具有较高的可靠性，这一点与IGCT十分相似。
当母线电压超过3KV之后，IGCT 和MTO之中的功率便会得到广泛应用。
但在实际应用过程中，如果母线电压低于3KV，IGBT模块显然更具有应用优势。
3 风力发电系统中大功率变流器的具体应用3.1 器件串并联型大功率变流器器件串并联型大功率变流器的电路结构为交-直-交电流源模型，在实际应用过程中，主要采用功率器件GTO与两电平逆变器串联达到高压变电效果，以此来实现逆变器容量的有效提升。
从实际结构理论中可以看出，器件串并联型大功率变流器的前段采用的是脉冲晶闸管的整流模式，在中间还要连接一个电抗器之后，在与GTO两端的电平逆变器进行串联，如此一来，拓扑结构将会变的更加简单，故障点也会相应减少。
在器件串并联结构的作用之下，拓扑结构将会变的更加简单，功率器件个数也会得到相应减少。
但由于器件的串联，也会为整个电路带来分压不均匀等问题，器件的并联会带来均流问题。
因此，在实际应用过程中，风力发电系统对驱动电路的要求也会大大提升，应尽量做到串联器件的及时导通和关闭，避免出现电压不均等问题，导致变流器出现崩溃性问题[2]。
3.2 多电平大功率变流器多电平大功率变流器的实际本质主要依赖于逆变器的“多电平逆变”功能，在与两电平变流器的对比之下，存在以下优点：该变流器中的单个器件所承受的电压应力相对较小，很容易实现高压功率的直接应用；在开关频率相同的情况之下，输出的波形与正弦波更为接近，同时还能降低电磁干扰等问题。
例如，在ABB 公司所生产的ACS系列变流器之中，主要以三电平拓扑结构为主，内部逆变器的部分功率器利用IGCT进行了代替，从而增加了电压的输出等级。
在法国ALSTOM的研究过程中，以IGCT为基础开发出了飞跃电容型五电平变流器，该变流器具有很多优点，如多电平输出、电路结构简单等，可对高压運行要求进行全面满足，但缺点是电容器的安装数量较多，需要极为复杂的技术进行统一控制，还需要对电容预充电电路进行控制。
3.3 并联变流器在并联电流器使用过程中，通过多个变流器单元的并联，从而完成向整个电网进行功率传输。
例如，德国BEN-NING电子有限公司所生产的变流器便是采用这种并联电容器拓扑结构。
该类型变流器具有以下特点：首先，利用复杂的高频开关技术和高质量的电子元器件，来促使整个变流单元的结构更加紧密，实现变流效率的有效提升；其次，在多个逆变单元并联过程之中，可增加冗余单元的数量，提升整个风力发电系统的可靠性；再次，可对所有单元中的安全设计进行全面监控，并进行不间断供电。
并联变流器提高了发电系统中的电流等级，促使变流器的功率也实现了提升。
3.4 多电平结合多重化型变流器在该种变流器应用过程中，主要将多电平和多重化变流器的优点汇集在一起，通过多个中压三电平PWM模块串联来实现高压输出。
也正是由于此结构的双向作用，构成了一个完整的无谐波系统，对电网进行重叠和整流，促使整个风力发电结构达到国际要求和标准。
在该变流器设计时，应用到了高压整流二极管和IGBT，促使主回路之中的器件使用量大大降低，提高了整个系统的可靠性，将变流器的综合效率提升到了98%。
但在实际应用过程中，有很多变流模块采用的是12脉冲整流以及二极管箝位三电平拓扑，不但增加了器件的使用率，还导致整个系统构成的性价比不足，在价格上失去了明显优势[3]。
3.5 级联H桥型多电平变流器相比之下，级联H桥型多电平变流器所需要的器件安装数量最少，而且不需要对大量的箝位二极管进行安装，有利于后续管理工作的开展，也正是因为此项优点，该变流器被称为最合适电网结构应用的变流器。
在实际应用过程中，级联H桥型多电平变流器也具备很多应用优势，如在同样的电平数输出情况之下，元器件的使用量最少；容易对电平输出进行提升；每个变流器的结构单元基本相同等。
除此之外，该种拓扑结构在风力发电系统应用中也具有一些缺点，在功率变换过程中，该结构需要独立的直流电源进行电能供应，从而在某些方面的应用中受到了限制。
H桥的每个单元都具有一个直流电源，随着波形电平数量的提升，串联的单元直流电源数量也会相应增加。
4 结束语综上所述，在中大功率变流器研究过程中，很多企业相继开发出中点箝位的三电平高压变流器，在拓扑结构上差别不大，但由于功率元件存在较强的差异性，在研究过程中也应用到了不同技术。
在我国研究过程中，主要以IGBT高压变流器为主，利用串联形式为风力发电系统提供帮助，并获得了多项专利，为我国新能源的发展做出了很大贡献。
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