双PWM变流器在直驱永磁风力发电系统的应用

论文摘要

随着能源短缺和环境恶化问题的日益严重,风能作为一种可再生资源,受到了各国的重视。由于直驱风力发电机组结构简单、可靠性高、不使用齿轮而使风能转换效率得到改善等优点,成为风力发电技术研究的热点。传统的直驱风电机组每台都带有一套双PWM变流器,导致系统复杂程度增加,系统成本提高,本文以此为出发点,研究了一种新型直驱永磁风力发电系统模型。在新系统中,多台发电机共同使用一套变流器,根据风场风速的变化,确定风场母线侧频率,由变流器逐台调节发电机的频率,使其达到与风场母线准同期并列条件时,实现发电机的直接并网,变流器切除。在此并网方式中,发电机的频率可能会高于母线侧频率,也可能会低于母线侧频率,通过变流器的控制使能量双向流动,发电机向电网送出功率或从电网中吸收功率,使发电机变频,满足准同期并列条件时发电机直接并网。控制双PWM变流器实现能量双向流动是本文的主要内容。文中分析了PWM变流器的数学模型、工作原理,以及换流方式和工作模式；分析了能量双向流动的工作原理；在建立新型直驱永磁风力发电系统数学模型的基础上,研究了网侧和机侧变流器的控制策略,在机侧采用零d轴电流控制,在网侧采用电压定向控制,实现了能量的双向流动。在PSCAD仿真环境下,对本文所提出的能量双向流动控制策略在直驱永磁风力发电系统中进行了仿真研究,结果表明此控制策略可行。同时以TMS320LF2407ADSP为内核搭建了实验电路,对双PWM变流器及其控制方法进行了实验验证。实验结果验证了本文所设计的PWM变流器实现能量双向流动运行控制方案的可行性,以及理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 直驱永磁风力发电概述
• 1.1.1 直驱永磁风力发电技术的发展
• 1.1.2 新型直驱永磁风力发电技术
• 1.2 双PWM变流器能量双向流动技术的发展
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 2 双PWM变流器拓扑结构及工作原理
• 2.1 双PWM变流器拓扑结构
• 2.2 三相电压型PWM变流器工作原理
• 2.2.1 电压型PWM变流器数学模型分析
• 2.2.2 电压型Pwm整流器工作模式
• 2.2.3 电压型PWM整流器换流方式
• 2.3 双PWM变流器能量双向流动运行原理
• 3 机侧变流器控制系统矢量控制策略
• 3.1 PMSG的数学模型
• 3.2 机侧变流器不同控制策略的对比分析
• 3.2.1 零d轴电流控制
• 3.2.2 恒定气隙磁链控制
• 3.2.3 最大效率控制
• 3.2.4 控制策略对比
• 3.3 机侧变流器的矢量控制框图
• 4 网侧变流器的控制策略
• 4.1 网侧变流器数学模型
• 4.1.1 静止同步坐标系下数学模型
• 4.1.2 同步旋转坐标系下数学模型
• 4.2 网侧变流器控制策略的对比分析
• 4.2.1 电压定向控制
• 4.2.2 直接功率控制
• 4.2.3 基于虚拟磁链的控制
• 4.2.4 控制策略对比
• 4.3 网侧变流器矢量控制框图
• 5 双PWM变流器能量双向流动控制系统硬件电路与软件设计
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.1.1 TMS320LF2407A特点和资源
• 5.1.2 实验平台组成
• 5.2 主电路参数设计
• 5.2.1 IGBT模块参数设计
• 5.2.2 直流侧电容的选择
• 5.2.3 相电流检测电路
• 5.2.4 过流和过压保护电路
• 5.2.5 驱动电路的设计
• 5.3 PI调节器的优化设计
• 6 仿真与实验结果
• 6.1 仿真结果及分析
• 6.2 实验结果及分析
• 7 结论
• 7.1 全文总结
• 7.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文