基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电系统建模与控制策略研究

论文摘要

目前,随着风电机组单机容量的增加和风电场规模的扩大,风力发电技术正朝着大功率、高效率、直驱式、变转速、变桨距和优化控制等方向发展。本论文针对效率高、并网运行更加可靠的基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电系统,进行了下述的研究。首先对变速恒频直驱永磁同步（D-PMSG）风力发电技术进行了探讨,包括变速恒频技术的特点、D-PMSG风力发电系统的工作原理、D-PMSG风力发电系统变换器的拓扑结构和新技术在D-PMSG风力发电系统变换器上的应用研究分析,并以基于双PWM变换器拓扑结构的D-PMSG风力发电系统作为本论文研究的核心;其次基于双PWM变换器的D-PMSG风力发电系统的工作原理,建立了D-PMSG风力发电系统的数学模型,包括风力机模型、轴系数学模型、D-PMSG模型和双PWM变换器的数学模型;然后针对D-PMSG风力发电系统的双PWM变换器,并基于矢量控制技术提出了相应的控制策略,主要是双PWM变换器的控制策略,包括发电机侧变换器和电网侧变换器的控制策略;最后利用电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory,在电网发生电压跌落最严重的三相短路故障和电网最常见的单相接地短路故障情况下,仿真验证了所建模型的正确性和双PWM变换器控制策略的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 国内外直驱永磁同步风力发电技术的研究概述
• 1.3 本论文研究内容
• 第二章 直驱永磁同步风力发电系统
• 2.1 变速恒频系统概述
• 2.2 直驱永磁同步风力发电原理
• 2.2.1 直驱永磁同步风力发电机
• 2.2.2 直驱永磁同步风力发电系统的工作原理
• 2.3 直驱永磁同步风力发电系统变换器拓扑结构分析
• 2.3.1 二极管整流后接直流电压变化的PWM 电压源型逆变器
• 2.3.2 二极管整流后接直流侧电压稳定的PWM 电压源型逆变器
• 2.3.3 双PWM 电压型变换器
• 2.4 新技术在直驱永磁同步风力发电系统变换器上的应用研究
• 2.4.1 并联多重化技术
• 2.4.2 大容量多电平变换器
• 2.4.3 矩阵式变换器
• 第三章 直驱永磁同步风力发电机组的建模
• 3.1 风力机模型
• 3.2 轴系数学模型
• 3.3 PMSG 数学模型
• 3.4 双PWM 变换器的数学模型
• 第四章 直驱永磁同步风力发电系统的控制策略
• 4.1 最大风能捕获控制原理
• 4.2 直驱永磁同步风力发电系统的运行方式
• 4.2.1 最大功率输出方式
• 4.2.2 额定功率输出方式
• 4.3 直驱永磁同步风力发电系统的控制策略
• 4.3.1 矢量控制技术概述
• 4.3.2 桨距角控制
• 4.3.3 变换器拓扑结构及其整体控制策略
• 4.4 双PWM 变换器的控制策略
• 4.4.1 发电机侧PWM 变换器的控制策略
• 4.4.2 电网侧变换器控制策略
• 第五章 直驱永磁同步风力发电系统控制策略仿真
• 5.1 直驱永磁同步风力发电系统建模仿真介绍
• 5.1.1 仿真软件DIgSILENT/Power Factory 介绍
• 5.1.2 仿真系统介绍
• 5.1.3 D-PMSG 仿真平台结构
• 5.2 电网故障时D-PMSG 系统控制策略仿真分析
• 5.2.1 风力发电系统并网运行规范
• 5.2.2 电网三相对称故障时D-PMSG 系统控制策略仿真分析
• 5.2.3 电网单相接地故障时D-PMSG 系统控制策略仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢