直驱风力发电变流器及控制研究

论文摘要

直驱风力发电技术是当前风力发电技术的重要研究方向。直驱风力发电系统中,变流器是发电机所发的电能馈送至电网的唯一通路,它是将发电机发出的变压变频的电能转换成恒压恒频的电能的装置,它能实现对发电机输出的电流、功率因数等的快速调节,减少对电网的谐波污染,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。论文首先介绍了风力发电行业的历史和现状,着重阐述了直驱风力发电变流器技术的研究现状,并展望了风力发电技术的发展趋势；其次,在对比分析了历史和当下所使用的变流器技术后,选择双PWM拓扑作为本论文的研究对象；紧接着对永磁同步发电机和双PWM拓扑的工作原理和控制策略进行了详细阐述。在此基础上,机侧变流器采用id=0策略器控制永磁同步发电机,具体方法为转速外环,电流内环的双闭环控制方式；网侧变流器采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式,并对系统中各参数的设计进行了详细的介绍。综合直驱风力发电的实际情况,在SIMULINK环境下搭建了贴近实际的仿真模型：机侧变流器主要讨论了在变速定桨阶段,根据最大功率点追踪原理,主要实现风速在额定风速以下,变流器如何控制电机转速以吸收最大功率,并将交流电能变换为直流电能；网侧变流器主要实现的目标是并网电流在稳态和电网电压突变时都能实时跟踪电网电压,实现单位功率因数并网、并网电流谐波含量尽量小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究背景及意义
• 1.2 风力发电产业的发展现状及前景
• 1.2.1 世界风力发电产业发展现状及前景
• 1.2.2 我国风力发电产业发展现状及前景
• 1.3 风力发电变流技术现状和趋势
• 1.3.1 风力发电变流器技术现状
• 1.3.2 机侧变流器研究现状
• 1.3.3 网侧变流器研究现状
• 1.4 论文的研究意义与研究内容
• 第2章 直驱风力发电系统变流器数学模型与控制策略
• 2.1 直驱风力发电变流器主要拓扑结构分析
• 2.2 永磁同步发电机数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机在三相坐标系下的数学模型
• 2.2.2 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 永磁同步电机控制策略
• 2.3.1 id=0控制策略
• 2.3.2 恒定气隙磁链控制
• 2.4 网侧变流器原理
• 2.4.1 三相静止abc坐标系模型
• 2.4.2 αβ坐标系下系统模型
• 2.4.3 两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.5 并网逆变器控制策略
• 2.5.1 并网逆变器等效电路图及控制向量图
• 2.5.2 并网逆变器静态解耦研究分析
• 2.6 小结
• 第3章 直驱风力发电机侧变流器
• 3.1 机侧变流器系统的需求
• 3.2 风力机的建模
• 3.3 机侧变流器控制系统设计
• 3.4 直流母线电容设计
• 3.4 仿真实验结果
• 3.4.1 系统稳态仿真
• 3.4.2 系统动态仿真
• 3.5 小结
• 第4章 直驱风力发电网侧变流器设计与仿真分析
• 4.1 网侧变流器系统的需求
• 4.2 网侧变流系统相关参数设计
• 4.2.1 PWM逆变器交流侧滤波器设计
• 4.2.2 电流内环设计
• 4.2.3 电压外环设计
• 4.3 网侧逆变器及控制系统仿真结果分析
• 4.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果