永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器控制策略研究

【摘要】：永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)采用背靠背雙PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)全功率變流器并網(wǎng)，不僅省去了易壞部件齒輪箱，又易于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障期間風(fēng)電系統(tǒng)的不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，因此得到了廣泛研究。網(wǎng)側(cè)變流器是背靠背雙PWM全功率變流器的一部分，是永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口，其控制目標(biāo)主要是在穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓的同時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)對(duì)能量的需要，實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功能量解耦輸出。 首先，比較了永磁直驅(qū)同步風(fēng)電系統(tǒng)和雙饋異步風(fēng)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的主流控制技術(shù)，并說(shuō)明了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越的必要性和研究現(xiàn)狀。經(jīng)簡(jiǎn)要分析了基于雙PWM全功率變流器的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理后，建立了PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator,永磁同步發(fā)電機(jī))的數(shù)學(xué)模型以及網(wǎng)側(cè)變流器在abc三相靜止坐標(biāo)系下的開關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)模型和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 其次，在電網(wǎng)電壓正常情況下，網(wǎng)側(cè)變流器采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略，構(gòu)建了電壓外環(huán)和雙電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)通過(guò)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的PI控制器實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟蹤控制，完成了控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)。對(duì)該控制策略在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，網(wǎng)側(cè)變流器既可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)逆變運(yùn)行，也可以根據(jù)無(wú)功電流設(shè)定輸出無(wú)功功率，且輸出電流正弦度較高，諧波含量滿足并網(wǎng)電流總諧波畸變率小于5%的規(guī)定。 最后，為了研究網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)的控制策略，分析了其在電網(wǎng)電壓跌落情況下的特性。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，由于瞬時(shí)功率不平衡引起直流側(cè)電容電壓上升，針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建功率外環(huán)和采用卸荷電路的方法穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓。對(duì)該控制方法在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，在電網(wǎng)電壓跌落至額定值的20%時(shí)，直流側(cè)電容電壓升高幅度控制在2.62%以內(nèi)，有效保護(hù)了直流側(cè)電容。同時(shí)在電網(wǎng)電壓跌落期間，通過(guò)使網(wǎng)側(cè)變流器運(yùn)行于無(wú)功補(bǔ)償模式下，重新分配有功和無(wú)功電流，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度快速向電網(wǎng)輸出無(wú)功，電網(wǎng)電壓跌落深度為20%和80%的仿真結(jié)果表明，該控制策略可以根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的輸出，為電網(wǎng)提供無(wú)功支持，提高系統(tǒng)低電壓穿越能力。 【關(guān)鍵詞】：永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng) 網(wǎng)側(cè)變流器 電壓定向矢量控制 低電壓穿越
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM46;TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 選題背景及研究意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 主要研究工作內(nèi)容10-12
• 2 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)相關(guān)理論12-18
• 2.1 坐標(biāo)變換理論12-13
• 2.2 永磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型13-14
• 2.3 網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型14-18
• 3 電網(wǎng)電壓正常時(shí)的控制策略及仿真研究18-32
• 3.1 基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略18-23
• 3.1.1 電流前饋解耦控制18-19
• 3.1.2 電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)19-21
• 3.1.3 電壓外環(huán)設(shè)計(jì)21-23
• 3.2 仿真建模與仿真分析23-32
• 3.2.1 系統(tǒng)仿真模型23-27
• 3.2.2 仿真結(jié)果分析27-32
• 4 電網(wǎng)電壓跌落時(shí)的控制策略及仿真研究32-48
• 4.1 電網(wǎng)電壓跌落下系統(tǒng)特性分析32-35
• 4.1.1 低電壓穿越概述和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)32-34
• 4.1.2 電網(wǎng)電壓跌落時(shí)系統(tǒng)特性分析34-35
• 4.2 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略35-41
• 4.2.1 功率外環(huán)設(shè)計(jì)35-37
• 4.2.2 卸荷電路設(shè)計(jì)37-39
• 4.2.3 無(wú)功補(bǔ)償模式39-41
• 4.3 仿真建模與仿真分析41-48
• 4.3.1 系統(tǒng)仿真模型41-42
• 4.3.2 仿真結(jié)果分析42-48
• 結(jié)論48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果53

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