基于場(chǎng)路耦合法的不同風(fēng)電變流系統(tǒng)中PMSG性能分析

【摘要】：永磁同步發(fā)電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG)因具有高效率、高性能和高可靠性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。永磁同步發(fā)電機(jī)所帶變流器類(lèi)型的選擇對(duì)發(fā)電機(jī)的功率、效率以及風(fēng)電機(jī)組的產(chǎn)能有很大影響。本文基于場(chǎng)路耦合仿真的方法,針對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶不同變流系統(tǒng)進(jìn)行仿真,定量地分析了發(fā)電機(jī)的磁鏈、電流、損耗等方面的性能。為永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(Direct-drive Wind Power Generation System, DWPGS))的變流器的選取和設(shè)計(jì)提供定量的參考,同時(shí)在沒(méi)有原始實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那闆r下,提供了一種具有成本效益的方法來(lái)評(píng)估DWPGS性能。具體內(nèi)容如下：首先分析了DWPGS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制原理,建立了風(fēng)力機(jī)與PMSG在電磁場(chǎng)中以及d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,介紹了PMSG的鐵耗、銅耗以及永磁體渦流損耗的計(jì)算模型。同時(shí)針對(duì)兩種DWPGS中的變流器,詳細(xì)地分析了它們的控制原理,并且給出了SVPWM實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。其次,在數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上,在Ansys Maxwell、Simplorer和Matlab/Simulink三個(gè)軟件中建立DWPGS場(chǎng)路耦合系統(tǒng),詳細(xì)介紹了在各個(gè)軟件中需要的設(shè)置,給出了PMSG的有限元模型的建立和網(wǎng)格剖分過(guò)程,并且對(duì)整個(gè)耦合仿真系統(tǒng)的步長(zhǎng)進(jìn)行了合適選取。最后,在搭建了耦合協(xié)同仿真模型后,對(duì)本文所提到的兩種DWPGS進(jìn)行了仿真,對(duì)兩種系統(tǒng)下的PMSG的電流諧波、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、損耗進(jìn)行了定量的對(duì)比評(píng)估,同時(shí)也對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)下的PMSG和變流器的效率進(jìn)行了對(duì)比,通過(guò)場(chǎng)路耦合仿真分析可以發(fā)現(xiàn)在接背靠背變流器時(shí),PMSG具有更低的電流諧波、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、損耗以及更高的效率。 【關(guān)鍵詞】：場(chǎng)路耦合 永磁同步發(fā)電機(jī) 不控整流器 Boost變換器 背靠背電壓型變流器
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM614;TM46
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-23
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電的概述16-18
• 1.1.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)16
• 1.1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)16-18
• 1.2 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能研究方法20-21
• 1.4 場(chǎng)路耦合軟件簡(jiǎn)介21
• 1.5 本文的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及控制方法23-46
• 2.1 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型23-30
• 2.1.1 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型23-24
• 2.1.2 PMSG的數(shù)學(xué)模型24-29
• 2.1.3 PMSG的損耗的計(jì)算29-30
• 2.2 最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)30-32
• 2.3 PMSG帶不控整流器+boost變換器+逆變器變流系統(tǒng)時(shí)的控制32-40
• 2.3.1 Boost變換器的控制策略32-34
• 2.3.2 并網(wǎng)逆變器的控制策略34-40
• 2.4 PMSG帶背靠背變流系統(tǒng)時(shí)的控制40-41
• 2.5 空間矢量PWM控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)41-45
• 2.6 本章小結(jié)45-46
• 第三章 基于場(chǎng)路耦合永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的建模46-56
• 3.1 永磁直驅(qū)風(fēng)電場(chǎng)路耦合系統(tǒng)46-47
• 3.2 PMSG有限元模型的建立47-49
• 3.3 PMSG的網(wǎng)格剖分49-50
• 3.4 有限元場(chǎng)路耦合仿真模型的建立50-55
• 3.4.1 場(chǎng)路耦合實(shí)現(xiàn)時(shí)軟件的設(shè)置50-52
• 3.4.2 PMSG帶不同變流器場(chǎng)路耦合仿真平臺(tái)52-55
• 3.4.3 耦合仿真系統(tǒng)的步長(zhǎng)設(shè)置55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 基于場(chǎng)路耦合法的不同風(fēng)電變流系統(tǒng)仿真與分析56-78
• 4.1 PMSG空載運(yùn)行仿真56-57
• 4.2 PMSG在不控整流器+boost變換器+逆變器變流系統(tǒng)下的仿真57-66
• 4.2.1 PMSG在額定風(fēng)速下帶變流系統(tǒng)1的仿真結(jié)果57-62
• 4.2.2 PMSG在不同風(fēng)速下帶變流系統(tǒng)1的仿真結(jié)果62-66
• 4.3 PMSG在背靠背變流系統(tǒng)下的仿真結(jié)果66-74
• 4.3.1 PMSG在額定風(fēng)速下帶變流系統(tǒng)2的仿真結(jié)果66-70
• 4.3.2 PMSG在不同風(fēng)速下帶變流系統(tǒng)2的仿真結(jié)果70-74
• 4.4 兩種不同變流系統(tǒng)下PMSG性能的綜合分析74-77
• 4.4.1 額定風(fēng)速時(shí)的PMSG性能分析74-75
• 4.4.2 風(fēng)速變化時(shí)PMSG性能的分析75-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 第五章 全文總結(jié)與展望78-80
• 5.1 全文工作總結(jié)78-79
• 5.2 未來(lái)工作展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況85

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