风电机组并网逆变控制器的研制

【摘要】： 风力发电因其环保性、经济性、灵活性等诸多优点,正受到日益广泛的关注,并在世界范围得以迅猛发展。并网逆变控制器是风电机组与公共电网的能量接口,其性能优劣直接影响机组输出特性及电网电能质量。本文针对低压并网逆变控制器,从其模型分析、检测控制以及软硬件实现等方面展开研究与设计,主要包括以下几方面的工作: 首先,根据机组电压及功率等级,确定了并网逆变控制器功率电路的拓扑结构,并分析推导了其在三相坐标系下的静态数学模型、d—q旋转坐标系下的等效受控源模型及其动态小信号模型,为主电路参数选取和控制环节的补偿校正提供理论基础。 其次,将瞬时无功功率理论引入检测与控制环节,避免了传统同步坐标系下实现有功、无功解耦的复杂计算;将其与PID控制策略结合,实现并网逆变控制器的电压、电流双环控制,并辅以仿真软件对控制环节的补偿校正参数进行计算优化,以保证在发电、馈电平衡的前提下,减小或避免风电机组对电网的负面影响。 基于前文理论基础,计算确定了功率电路中耦合电感、直流母线电容等关键参量;根据系统的双环控制结构,以TMS320LF2407型DSP为核心,设计了系统控制环节中信号采样、锁相跟踪、PI调节、SPWM形成等各功能模块。在锁相跟踪实现中,针对常规方法在实际应用中由于模拟电路振荡引起过零点多检和过零点漏检问题,提出了一种软件改进方法,可有效提高跟踪锁相的精度。 最后,采用仿真软件MATLAB/SIMUlink对并网逆变器功率电路及控制环节进行了仿真与分析;在实验室设计搭建了一台10kVA/380V的并网逆变控制器样机,并以此进行了动态、稳态的测试实验。仿真和实验结果均满足了预定的技术指标,证明了设计方案的可行性。 本文研制完成的风电机组并网逆变控制器对于改变我国在风力发电并网控制技术上的落后局面具有一定的推动作用。 【关键词】：风力发电 并网逆变器 瞬时无功理论 双环PID控制
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614;TM571
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景及选题意义8-9
• 1.2 风电并网逆变系统的发展9-12
• 1.3 逆变器分类和控制技术的发展12-15
• 1.4 本课题的研究内容15-17
• 第二章 并网逆变器工作原理与数学模型17-25
• 2.1 并网逆变器工作原理17-18
• 2.2 并网逆变器数学模型18-24
• 2.2.1 静止坐标系下的数学模型19-21
• 2.2.2 d-q同步旋转坐标系等效受控源模型21-23
• 2.2.3 小信号模型23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 并网逆变器控制策略分析25-41
• 3.1 瞬时无功控制理论25-28
• 3.2 基于瞬时无功功率理论的并网方法28-30
• 3.3 电流内环动态结构30-36
• 3.3.1 电流内环动态结构图30-32
• 3.3.2 电路参数变化对模型精度的影响32-34
• 3.3.3 PI调节器对电流环进行校正34-36
• 3.4 电压外环动态结构36-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 并网逆变控制器的实现41-61
• 4.1 并网逆变控制器总体结构和技术指标41-42
• 4.2 并网逆变器主电路参数计算42-48
• 4.3 控制系统硬件实现48-51
• 4.4 控制系统软件实现51-60
• 4.4.1 系统软件结构及流程图51-54
• 4.4.2 锁相环的软件部分54-57
• 4.4.3. SPWM触发脉冲产生及初始化程序57-58
• 4.4.4 直流电压外环和电流内环控制程序58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 仿真和实验结果61-68
• 5.1 MATLAB中SIMUlink环境下的系统仿真61-64
• 5.1.1 仿真模型建立61-63
• 5.1.2 仿真结果及分析63-64
• 5.2 实验结果及分析64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 结论与展望68-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-72
• 硕士期间发表的论文72

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