基于ARM的直驱风电机组控制系统设计与实验研究

【摘要】：本文对直驱式风力发电机组控制系统进行总体设计,并在实验室环境下搭建直驱式风电实验系统进行试验研究。 论文首先介绍了直驱式风力发电机组工作的基础理论、工作原理及运行过程,得出了直驱式风力发电机组控制系统的总体设计要求、结构以及功能,在此基础上对直驱式风力发电机组的控制系统进行了总体设计。控制系统是整个风电机组的核心部件之一,其性能直接影响着机组的效率、安全性和可靠性,论文着重分析了基于ARM的主控制器的功能实现,并分别对主控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统以及变流系统进行了设计。 在对直驱式风力发电机组控制系统设计的基础上,出于实验目的,我们在实验室环境下搭建了一套直驱式风力发电物理实验系统,该实验系统包括主控制系统、伺服驱动系统及伺服电机、变流控制系统及变流器以及永磁直驱发电机。该实验系统的搭建,能够方便地开展各种实验研究,以期进一步完善运行于现场的直驱式风电机组的控制器及控制算法。 本论文设计的直驱式风力发电机组的物理实验系统,采用了分层控制结构：以ARM为平台的主控制器处于实验系统的最高层次,能够接收来自伺服控制系统的风力参数以及来自变流控制系统的电力参数并发出相应的控制指令；以PLC为控制器的伺服控制系统和以DSP为控制器的变流控制系统处于主控制器的下层,分别完成对伺服电机以及发电机的控制。另外,本实验系统还改善了以ARM-Linux为平台的主控制器的设计及基于QT/E的图形界面主控程序。整个系统的通讯以CAN总线架构为基础,所设计开发的物理实验系统及完善后的主控制器能够完成对整个风电机组的运行模拟及控制模拟。 【关键词】：风力发电 直驱发电机 ARM QT/E Linux
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-13
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 论文研究现状及意义10-11
• 1.3 论文研究内容及目标11-13
• 第2章 直驱型风力发电机组控制系统总体设计13-26
• 2.1 直驱发电机特点和运行特性分析13-16
• 2.1.1 永磁同步电机的数学模型13-14
• 2.1.2 直驱发电机的特点14-16
• 2.2 直驱式风力发电机组控制系统总体设计方案16-18
• 2.2.1 直驱风力发电机组总体结构16-17
• 2.2.2 直驱式风电机组控制系统总体设计17-18
• 2.3 直驱式风力发电机组子控制系统设计18-24
• 2.3.1 主控系统设计18-20
• 2.3.2 变桨距控制系统设计20-22
• 2.3.3 偏航控制系统设计22-23
• 2.3.4 变流系统设计23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 直驱风力发电机组主控制器设计26-39
• 3.1 主控制系统硬件构成26-29
• 3.2 直驱风力发电机组主控程序的软件特性29-30
• 3.3 直驱风电机组的控制流程分析及实现30-38
• 3.3.1 风电机组的运行过程及控制流程分析30-34
• 3.3.2 变桨距功率控制策略34-37
• 3.3.3 偏航控制策略37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 直驱式风电物理实验系统及其主控制器的设计与实现39-49
• 4.1 直驱式风力发电物理实验系统的总体设计39-40
• 4.2 伺服控制系统设计40-42
• 4.3 变频控制系统设计42-44
• 4.4 主控制系统设计44-48
• 4.4.1 主控制系统总体设计44-46
• 4.4.2 基于QT/E的主控制程序界面46
• 4.4.3 调试过程分析46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 结论与展望49-50
• 参考文献50-53
• 攻读硕士期间发表的论文及其他成果53-54
• 致谢54

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