TSMC直驱式永磁同步风力发电系统最大风能追踪控制

【摘要】：近年来，随着人类对资源利用的日益依赖，以及不可再生资源的过渡开采，清洁能源和可再生能源获得了越来越多的关注，各个国家都加快了发展风力发电的步伐，风力发电技术得到了迅速的发展。永磁同步直驱式风力发电系统采用多极永磁同步发电机，由风机直接带动同步发电机转动，发电机发出电能通过功率变换器后直接并入电网，这样的结构无需齿轮箱、维护量小、运行效率高、对电网冲击小，相对于双馈型风力发电系统在低电压运行能力上比具有更大的优势，具有广阔的应用前景。 本文对基于双级矩阵变换器(Two-stage matrix converter，简称TSMC)的直驱式风力发电系统控制策略进行研究，提出了一种基于爬山法的最大风能追踪(maximum power point tracking，简称MPPT)新型算法。首先，对TSMC结构和调制策略进行分析和研究，对风力发电中的一些关键技术进行了分析和总结，如发电系统的类型和主要的电力电子器件等，并且指出了TSMC在直驱式风力发电系统中应用的优势。其次，建立基于TSMC的风力发电系统数学模型，分析讨论了其控制策略。本文采用的控制策略是逆变级集成控制，通过对逆变级的集成控制实现系统的并网控制、MPPT控制、功率解耦控制、变速恒频控制等。最后，本文提出一种新型的基于TSMC的直驱风力发电系统MPPT控制算法。新MPPT算法基于爬山法，结合TSMC直流侧无储能装置的结构特点，直接通过对逆变级有功功率的分级控制来实现系统最大风能捕获。该方法提高了系统风能追踪的速度，并且无需检测风速，无需增加其他硬件检测设施，降低了成本。 在matlab/simulink中搭建了TSMC直驱式风力发电系统仿真模型，并且对系统控制策略进行验证。仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性，新型MPPT算法通过对风力发电系统逆变级有功功率分阶段性的控制，不仅具有较好的准确性和稳定性，而且加快了系统捕获最大风能的速度。 【关键词】：永磁直驱型风力发电 双级矩阵变换器 最大风能追踪 集成控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 国内外风力发电背景8-10
• 1.2 风力发电技术研究现状10-14
• 1.2.1 风力发电系统类型10-11
• 1.2.2 直驱式风力发电系统电力电子变换器11-14
• 1.3 最大风能追踪研究背景及现状14-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第2章 双级矩阵变换器调制策略20-35
• 2.1 TSMC 的拓扑结构20-21
• 2.2 双空间矢量调制算法21-27
• 2.2.1 整流级无零矢量调制原理21-24
• 2.2.2 整流级有零矢量的双空间矢量调制算法24-26
• 2.2.3 逆变级的空间矢量调制及两级开关的协调控制26-27
• 2.3 DSVM 实现程序分析27-32
• 2.4 仿真分析32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 基于 TSMC 的直驱式永磁同步风电系统控制策略35-45
• 3.1 TSMC 并网逆变级数学模型35-39
• 3.2 永磁同步发电机数学模型39-41
• 3.3 基于功率控制的 TSMC 直驱式永磁同步风力发电系统集成控制原理41-43
• 3.4 控制系统结构框图43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 最大风能追踪控制策略研究45-54
• 4.1 最大风能追踪原理45
• 4.2 TSMC 直驱式永磁同步风力发电系统新型最大风能追踪算法45-49
• 4.2.1 新型 MPPT 算法基本原理45-47
• 4.2.2 新型 MPPT 控制策略47-49
• 4.3 仿真结果分析49-53
• 4.4 结论53-54
• 第5章 总结与展望54-55
• 5.1 对本文的总结54
• 5.2 展望与进一步的研究工作54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果59

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