直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的雙PWM變換器控制策略研究

【摘要】：風(fēng)能資源是清潔、無污染的綠色能源，是目前發(fā)展最快的可再生能源之一，受到了全球的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的重要裝置，而全功率變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)發(fā)電能量饋入電網(wǎng)的重要部件，因此對全功率變流器控制技術(shù)的研究受到了各國學(xué)者的關(guān)注。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了需要經(jīng)常維修的齒輪箱，提高了系統(tǒng)效率，降低了投資和維護(hù)成本，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢和當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文主要研究了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的全功率變流器控制策略。 本文建立了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，選取雙PWM變流器的結(jié)構(gòu)，電流控制器采用常規(guī)的PI控制器。在機(jī)側(cè)變流器中，采取了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的雙閉環(huán)控制方案；在網(wǎng)側(cè)變流器中，采取了基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)控制方案。仿真結(jié)果表明，機(jī)側(cè)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速快速跟隨風(fēng)速變化，追蹤最大風(fēng)能，網(wǎng)側(cè)可以維持直流母線電壓的穩(wěn)定和實現(xiàn)有功無功分量的解耦控制。 由于傳統(tǒng)PI控制器只能實現(xiàn)對直流信號的無靜差控制，因此需要進(jìn)行坐標(biāo)變換運(yùn)算，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性變大和算法實現(xiàn)的難度增大；為了實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)性能的改善，在控制過程中要加上交叉耦合項和前饋補(bǔ)償項，而這兩項均受溫度和電路參數(shù)的影響，從而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對傳統(tǒng)PI控制器存在的缺陷，引入比例諧振（proportion resonant，PR）控制器。PR控制器能夠在靜止坐標(biāo)系下實現(xiàn)對交流分量的無靜差跟蹤，在深入分析了PR控制器的基本原理和特性的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)型PR控制器，并將其應(yīng)用到直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的雙PWM變流器控制系統(tǒng)中。在Matlab/Simulink平臺上分別搭建了基于比例諧振控制的網(wǎng)側(cè)變換器和機(jī)側(cè)變換器矢量控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真實驗和分析，通過與PI控制方案的仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了該控制策略的正確性和優(yōu)越性。 【關(guān)鍵詞】：永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng) 雙PWM變流器 矢量控制 比例諧振控制
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 研究的背景和意義9
• 1.2 國內(nèi)外風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況9-12
• 1.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的分類12-15
• 1.3.1 恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式13-14
• 1.3.2 變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式14-15
• 1.4 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-17
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模18-27
• 2.1 風(fēng)力機(jī)的特性及數(shù)學(xué)模型分析18-20
• 2.2 永磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型20-24
• 2.2.1 永磁磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型20-21
• 2.2.2 永磁同步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型21-24
• 2.3 三相 PWM 變流器基本數(shù)學(xué)模型24-25
• 2.4 直流環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 永磁直驅(qū)風(fēng)電變流系統(tǒng)控制研究27-42
• 3.1 SVPWM 調(diào)制技術(shù)27-30
• 3.1.1 電網(wǎng)三相電壓和電壓空間矢量27
• 3.1.2 電壓空間矢量計算27-30
• 3.2 機(jī)側(cè)變流器的控制策略研究30-34
• 3.3 網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略研究34-37
• 3.4 仿真結(jié)果與分析37-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電變流系統(tǒng)比例諧振控制42-59
• 4.1 比例諧振 PR 控制器42-46
• 4.1.1 比例諧振 PR 控制器的基本原理42-44
• 4.1.2 PR 控制器無靜差控制理論分析44-46
• 4.2 改進(jìn)型 PR 控制器設(shè)計46-51
• 4.2.1 改進(jìn)型 PR 控制器的提出46-49
• 4.2.2 改進(jìn)型 PR 控制器的參數(shù)設(shè)計49-51
• 4.3 基于 PR 控制的雙 PWM 變流器的控制系統(tǒng)51-54
• 4.3.1 基于 PR 控制的機(jī)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)52-53
• 4.3.2 基于 PR 控制的網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)53-54
• 4.4 仿真結(jié)果與分析54-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 研究工作總結(jié)59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 攻讀學(xué)位期間主要研究成果64-65
• 致謝65

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