小型风力发电并网系统变流器的控制研究

论文摘要

本文简要而全面地论述了国内外小型风力并网发电的研究现状和发展前景,探讨了现有的几种典型风力发电变流器拓扑应用于小型并网风电系统所存在问题,提出一种高效、实用、低成本的基于高电感同步电机的小型风力并网发电拓扑,并基于此变流器的小型并网风电系统设计提出一种简单易行的电流型逆变器控制策略。本系统通过开关模式整流器(SMR)的单开关管的占空比控制电机转矩和输出功率,实现低风速时最大功率跟踪,高风速时限制电机转速,且拓扑简单,在实际应用中具有可行性。然而由于系统中高电感电机输出直流电流具有波动性,采用常规的SPWM控制算法,变换器输出并网电流谐波较大。为此,深入分析电流源型逆变器并网电路工作暂态过程,推导出逆变器输入直流端在半个电网周期平均电压表达式,根据直流侧和网侧功率平衡原理,本文提出一种新型电流型逆变器控制算法,即调制度与并网电流幅值和直流侧瞬时电流的关系。本文采用matlab/simulink对该控制算法应用于小型风力发电系统及进行建模。仿真实验结果表明:该控制算法简单,且克服了由于直流侧电流波动对系统产生的不良影响,并且动态性能良好,并网电流能很快跟随直流侧电流变化。最后,通过将该本系统与带boost变换器的小型风力发电系统进行比较,总体来说,系统转换效率稍低于boost系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外风力发电的研究现状
• 1.2 小型风力发电系统现状及特点
• 1.2.1 国外小型并网风力发电的现状
• 1.2.2 我国小型风力发电机的技术特点及现状
• 1.2.3 小型并网风力发电系统的发展趋势
• 1.3 电流型变流器在风力发电系统中应用的研究现状
• 1.3.1 电流型逆变器的发展
• 1.3.2 电流型逆变器应用于小型并网风力发电系统
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 新型风力并网发电系统结构及工作原理
• 2.1 电流型变换器各种拓扑结构分析
• 2.2 系统拓扑结构
• 2.2.1 系统工作原理
• 2.2.2 SMR 工作原理
• 2.3 仿真实验及结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于电流型逆变器并网控制策略
• 3.1 电流型逆变器的并网控制
• 3.1.1 并网控制特点及目标
• 3.1.2 并网控制策略难点分析
• 3.2 并网控制算法分析
• 3.2.1 新型并网控制策略思想
• 3.2.2 新型并网控制策略理论推导
• 3.3 仿真实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 新型电流型并网控制算法应用
• 4.1 基于高电感电机的小型风力并网发电系统
• 4.1.1 风机发电原理
• 4.1.2 高电感电机等效模型
• 4.2 高电感电机的设计原理及实现
• 4.2.1 高电感电机电感范围的选择
• 4.2.2 高电感永磁同步电机的设计结果
• 4.3 系统仿真实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 电压型和电流源逆变器系统比较分析
• 5.1 电压型变换器
• 5.1.1 电压型变换器拓扑结构
• 5.1.2 基于各类电压型逆变器的系统性能比较
• 5.2 不可控整流加 Boost 变换器系统结构及工作原理
• 5.2.1 Boost 变换器系统拓扑结构
• 5.2.2 boost 变换器的基本工作原理
• 5.2.3 电压并网逆变器的控制策略
• 5.3 带 boost 变换器系统仿真结果及分析
• 5.4 两种并网逆变器的比较分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文研究工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献