直驱式永磁同步风力发电机变流装置的控制策略研究

直驱式永磁同步风力发电机变流装置的控制策略研究

论文摘要

近年来,随着能源需求的不断增加和常规能源在应用中所带来的一系列问题,诸如环境污染、原材料价格高涨等,世界各国都在积极的寻求可持续的、清洁的新能源来代替常规能源,于是,风能作为发展最早的新能源,得到了各国政要和专家的高度重视。由于直驱式永磁同步风力发电机组能量转换效率高,可靠性高,并网控制方法简单,在风力发电系统中得到了越来越广泛的应用。本文围绕直驱式永磁同步风力发电机组用的变频器的控制策略展开讨论,基于变流器的数学模型,对机侧变流器和网侧变流器的控制策略进行了研究,并给出了仿真和实验结果,对控制策略进行了验证。首先,本文探讨了直驱式风力发电机组的并网方式、拓扑结构等,并在此基础上论述了风力发电机组的运行控制和并网控制技术,以及变流器在并网前后的不同运行方式。其次,分别研究了永磁同步电机和电压源PWM整流器在静止和旋转坐标系下的数学模型,论述了机侧变流器及永磁同步电机的矢量控制策略的基本原理,以及网侧变流器的电压定向控制策略问题,对双闭环的矢量控制系统进行了初步的设计,并给出了详细的控制流程图。再次,在数学模型的基础上,针对4KW的变流器系统进行了滤波电感和直流侧电容的参数计算。最后,给出了机侧变流器和网侧变流器的仿真模型,对本文所用的控制策略进行了初步的验证。对整个系统软件结构、主程序流程和各主要子程序、中断程序的流程进行了绘图说明。基于背靠背变流器的实验平台,对机侧和网侧变流器的各种控制策略进行了实验验证,对比分析了实验结果。实验结果表明,本文设计的直驱式永磁同步风力发电机组用变流器的控制策略能够捕捉最大风能,能够调节并网电压和频率,实现单位功率因数并网,控制系统具有良好的动态和稳态性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 引言
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究背景和选题意义
  • 1.2 风力发电技术的发展及研究现状
  • 1.2.1 国内外风电研究现状
  • 1.2.2 风力发电的并网方式
  • 1.2.3 直驱式风力发电机组变流器
  • 1.2.4 直驱式风能变流器控制技术
  • 1.3 课题的研究目的和主要内容
  • 2 直驱永磁同步风力发电机组的控制策略
  • 2.1 最大风能追踪原理
  • 2.2 直驱式风力发电机组的运行控制
  • 2.3 直驱式风力发电机组的并网控制
  • 2.3.1 风电机组并网前
  • 2.3.2 风电机组并网后
  • 2.4 直驱式风力发电机组的变流器控制
  • 2.4.1 机侧变流器的控制
  • 2.4.2 网侧变流器的控制
  • 2.5 小结
  • 3 直驱式风力发电变流器主回路设计
  • 3.1 IPM模块的选取
  • 3.2 直流母线电压的选取
  • 3.3 直流母线滤波电容的选取
  • 3.4 滤波电感的选取
  • 3.5 小结
  • 4 直驱式风力发电变流器控制策略的仿真研究
  • 4.1 电机侧变流器的仿真研究
  • 4.1.1 机侧变流器仿真模型
  • 4.1.2 机侧变流器仿真结果及分析
  • 4.2 网侧变流器的仿真研究
  • 4.2.1 网侧变流器仿真模型
  • 4.2.2 网侧变流器仿真结果及分析
  • 4.3 小结
  • 5 软件程序初步设计和实验结果分析
  • 5.1 系统整体设计
  • 5.2 软件程序初步设计
  • 5.2.1 主程序设计
  • 5.2.2 各功能模块子程序流程图
  • 5.3 实验结果和分析
  • 5.3.1 网侧变流器的控制实验
  • 5.3.2 机侧变流器的控制实验
  • 5.4 小结
  • 结论与展望
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

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