永磁直驱风电系统中网侧变换器及并网技术的研究

【摘要】：随着石油、煤炭等传统能源的大量消耗以及全球环境的恶化,风能作为一种清洁、廉价、很有发展前景的可再生能源,在当今资源日益匮乏的社会发挥了举足轻重的作用。并网型风力发电系统是推动风电事业发展的主要力量,其中,具有桨距控制简单、机械应力小、风能利用率高等优点的变速恒频风力发电系统是目前并网型风力发电的主流控制系统。常用的变速恒频风力发电系统有双馈型和直驱型,在中小功率的风力发电系统中,直驱型永磁同步发电机具有不可替代的优势,比双馈型异步发电机有更加广泛的应用。本文着重研究了永磁直驱风电系统中的网侧变换器及并网技术。 首先,本文介绍了网侧变换器在三相静止坐标系(a,b,c)和两相旋转坐标系(d,q)下的数学模型,在此基础上介绍了电网电压定向的控制策略。随后,在分析对比电流滞环控制、SPWM和SVPWM三种变频调速控制方式的基础上,选择SVPWM作为网侧变换器的控制方式,并在MATLAB R2008a/Simulink的环：境下仿真实现。 其次,介绍了最大风能跟踪原理,确定了直流母线电压与转速之间的关系,再利用转速与最优功率之间的关系求得最优功率,进而控制有功电流最后实现最大风能跟踪。随后针对网侧变换器在直流母线电压控制中出现的波动现象,提出了自抗扰控制技术并将其运用到网侧变换器的控制中,经过仿真验证可知,采用自抗扰控制器的电压环比PI调节器的电压环具有更好的控制品质和控制精度。 最后,基于TMS320F2812设计了一套永磁直驱风力发电并网逆变器,硬件设计包括DSP最小系统、信号采集电路、过零检测电路、驱动保护电路,软件模块包括A/D转换模块、控制算法模块、锁相算法和SVPWM算法。其中提出了一种简单的锁相算法,使得并网控制更加准确。 【关键词】：永磁直驱风力发电 网侧变换器 最大风能跟踪 稳定直流母线电压 自抗扰控制技术
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 风力发电技术的研究12-14
• 1.1.1 风力发电系统的分类12
• 1.1.2 变速恒频风力发电系统的主要并网方式12-14
• 1.2 永磁直驱风电系统的研究现状14-17
• 1.2.1 永磁直驱风电系统的常用拓扑结构分析14-16
• 1.2.2 网侧变换器的常用控制策略分析16-17
• 1.3 本论文所做的工作17-19
• 第二章 永磁直驱风力发电系统网侧变换器的研究19-32
• 2.1 网侧变换器的数学模型19-22
• 2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型20-21
• 2.1.2 两相同步旋转坐标系下的数学模型21-22
• 2.2 网侧变换器的控制策略22-25
• 2.2.1 电网电压定向控制23-24
• 2.2.2 电流环的前馈解耦控制24-25
• 2.3 SVPWM原理及MATLAB实现25-30
• 2.3.1 SVPWM的原理26-27
• 2.3.2 SVPWM的MATLAB实现27-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 网侧变换器的并网运行控制研究32-47
• 3.1 最大风能跟踪原理32-34
• 3.2 网侧变换器与最大风能跟踪34-38
• 3.2.1 直流母线电压与转速之间的关系35-36
• 3.2.2 网侧变换器实现最大风能跟踪36-37
• 3.2.3 仿真结果37-38
• 3.3 网侧变换器实现稳定直流母线电压的研究38-41
• 3.3.1 网侧变换器实现稳定直流电压38-39
• 3.3.2 仿真结果39-41
• 3.4 基于自抗扰控制的网侧变换器研究41-46
• 3.4.1 PID控制器的优缺点41-42
• 3.4.2 自抗扰控制技术42-43
• 3.4.3 基于ADRC的网侧变换器控制系统43-45
• 3.4.4 仿真结果45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 网侧变换器的软硬件设计47-59
• 4.1 硬件设计47-52
• 4.1.1 DSP最小系统48
• 4.1.2 电流采集电路48
• 4.1.3 电压采集电路48-50
• 4.1.4 IPM接口电路50-51
• 4.1.5 电压电流同步检测电路51-52
• 4.2 软件设计52-57
• 4.2.1 A/D转换模块52-54
• 4.2.2 软件锁相算法54-55
• 4.2.3 SVPWM算法55-56
• 4.2.4 网侧变换器控制算法56-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文66-67
• 学位论文y阅及答辩情况表67

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