直驱风电系统变流器控制策略研究

【摘要】：风能作为绿色无污染的可再生能源具有良好的发展前景，目前世界各国都日益重视风能的开发和利用，随着风电产业的不断发展，直驱型风力发电系统以其固有的优势引起了广泛关注，成为当前研究热点之一，而全功率变流器控制技术是直驱型风力发电系统的核心技术，变流器性能直接影响到系统的性能。多数直驱风力发电系统采用双PWM变流器拓扑结构，此结构具有功率因数可控、交流侧电流正弦化、能量双向流动的特点。 由于直驱风电系统双PWM变流器的数学模型的非线性特性，为提高控制器的控制精度，针对机侧变流器提出了无源与外环电压PI、无源与PI、无源与ADRC相结合的混合控制策略；而网侧变流器提出了无源控制策略、无源与PI相结合的混合控制策略，建立了数学模型，设计了双PWM变流器的无源混合控制器，并采用阻尼注入的方法对控制器进行了优化，最后所设计的控制器具有算法简单、调节参数少、动态性能良好等优点。通过MATLAB仿真和基于TMS320F28335DSP的硬件实验平台进行了实验研究，结果表明变流器实现了交流电流正弦化、单位功率因数并网，具有优良的并网性能，验证控制策略的可行性。 对直驱风电系统低电压穿越提出了一种以无源控制为主、PI控制为辅的控制策略。为了加强永磁直驱风电系统低电压穿越能力和输出功率的稳定性，本文提出将网侧的电压跌落信号反馈到整流侧，作为整流侧输出功率的参考值，减少了直流端的功率不平衡。仿真结果表明电网电压跌落时，机侧变流器输出功率降低，直流侧电压能够快速跟踪期望值，网侧变流器基本实现单位功率因数，从而实现了低电压穿越，具有一定的理论和现实意义。 【关键词】：直驱风电系统 双PWM变流器 无源混合控制 注入阻尼
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46;TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 本课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 直驱型风力发电机组的研究现状10-12
• 1.2.1 直驱型风力发电系统拓扑结构10-11
• 1.2.2 直驱风电系统低电压穿越研究11-12
• 1.3 电压型 PWM 变流器的非线性控制策略12-14
• 1.3.1 反馈线性化控制12
• 1.3.2 基于 Lyapunov 稳定性的控制12-13
• 1.3.3 直接功率控制13
• 1.3.4 基于自抗扰技术的控制13-14
• 1.3.5 基于无源控制理论的控制14
• 1.4 论文主要工作和内容14-15
• 第2章 直驱风电系统双 PWM 变流器建模及 SVPWM 调制15-24
• 2.1 双 PWM 变流器数学模型15-17
• 2.1.1 机侧 PWM 变流器建模15-16
• 2.1.2 网侧 PWM 变流器建模16-17
• 2.2 SVPWM 调制技术17-23
• 2.2.1 SVPWM 调制原理17-19
• 2.2.2 SVPWM 推导19-23
• 2.3 小结23-24
• 第3章 PWM 整流器无源混合控制策略24-40
• 3.1 无源控制理论概述24-25
• 3.2 PWM 整流器 EL-II 建模25-26
• 3.3 无源混合控制器设计26-32
• 3.3.1 混合控制器设计——EL-I+外环电压平方 PI26-29
• 3.3.2 混合控制器设计——EL-I+ADRC29-31
• 3.3.3 混合控制器设计——EL-II+PI31-32
• 3.4 PWM 整流器仿真研究32-39
• 3.4.1 EL-I+外环电压平方 PI 仿真研究32-34
• 3.4.2 EL-I+ADRC 的仿真研究34-36
• 3.4.3 EL-II+PI 的仿真研究36-39
• 3.5 小结39-40
• 第4章 并网逆变器无源混合控制策略40-52
• 4.1 并网逆变器 PCHD 模型40-41
• 4.2 并网逆变器无源混合控制器设计41-46
• 4.2.1 并网逆变器混合控制设计——EL-I+PI41-43
• 4.2.2 并网逆变器混合控制设计——PCHD+外环解析法43-46
• 4.2.3 并并网逆变器混合控制设计——EL-II+PI46
• 4.3 并网逆变器仿真研究46-51
• 4.3.1 并网逆变器——EL-I+PI 仿真研究46-47
• 4.3.2 并网逆变器——PCHD+外环解析法仿真研究47-49
• 4.3.3 并网逆变器——EL-II+PI 仿真研究49-51
• 4.4 小结51-52
• 第5章 直驱风电系统低电压穿越研究52-62
• 5.1 变流器功率模型52-54
• 5.1.1 机侧变流器的 EL 功率模型52-53
• 5.1.2 网侧变流器的 EL 功率模型53-54
• 5.2 功率控制器的设计54-57
• 5.2.1 机侧变流器控制器的设计54-55
• 5.2.2 网侧变流器控制器的设计55-57
• 5.3 仿真研究57-61
• 5.3.1 机侧变流器仿真研究58-59
• 5.3.2 网侧变流器仿真研究59-61
• 5.4 小结61-62
• 第6章 基于 DSP 的变流器实验研究62-73
• 6.1 控制系统的硬件设计62-65
• 6.1.1 TMS320F28335 概述62-63
• 6.1.2 智能功率模块（IPM）设计63-64
• 6.1.3 电压电流采样电路设计64-65
• 6.2 PWM 整流器实验结果分析65-68
• 6.3 并网逆变器实验结果及分析68-71
• 6.4 小结71-73
• 第7章 总结与展望73-74
• 参考文献74-78
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果78-79
• 致谢79

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