IM-PMSG風電模擬實驗平臺的研究與設(shè)計

【摘要】：經(jīng)濟的發(fā)展使能源的消耗量劇增，但傳統(tǒng)的化石燃料存儲有限，風電作為一種無污染的可再生能源逐漸進入研究者的視線，成為新能源研究領(lǐng)域的重點。根據(jù)研究時間的不同，可將風力發(fā)電的研究過程劃分為前期實驗和后期實踐兩個階段。風力發(fā)電后期實踐的重要性不言而喻，而前期實驗正是其基礎(chǔ)，所以對風力發(fā)電的前期實驗進行研究具有重要意義。在前期實驗的過程中，一方面，由于風力發(fā)電實驗環(huán)境較為苛刻，現(xiàn)場調(diào)試較為困難。另一方面，單純物理實驗中也存在一些現(xiàn)實中不易解決的問題。所以本文擬將軟硬件結(jié)合，搭建一個風電模擬實驗平臺，并驗證該平臺中所采用的控制策略與算法的正確性。 本文采用異步電動機（IM，Induction Motor）拖動永磁同步發(fā)電機（PMSG，PermanentMagnet Synchronous Generator）的設(shè)計方案，通過以下三部分完成對整個風電模擬實驗平臺的研究與設(shè)計： （1）分析風速模型，通過仿真對設(shè)計方案進行驗證。首先分析異步電動機輸出特性以及風力機輸出特性，然后設(shè)計異步電動機模擬風力機輸出特性的方案，并搭建風力機的輸出模型，最后通過仿真對方案進行驗證； （2）對基于風力機轉(zhuǎn)矩模型的異步電動機控制策略加以分析。本文采用改進型空間電壓矢量（SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation）的雙滯環(huán)電流控制，其核心是通過選擇最佳的空間電壓矢量，使輸出的定子電流誤差值最小。通過對IM控制策略進行仿真，驗證其輸出特性的正確性； （3）對永磁同步發(fā)電機采用的控制策略，做進一步分析。此環(huán)節(jié)中需對最大功率點跟蹤（MPPT，Maximum Power Point Tracking）的控制策略進行分析，本文采用基于停止、重啟機制的MPPT控制策略，其核心是當斜率接近于零，采用停止機制，擾動步長為零；當外界環(huán)節(jié)突變時，采用重啟機制，給定初始擾動步長與跟蹤方向。通過對PMSG進行控制并加以仿真，驗證結(jié)果的正確性。 在完成上述研究與設(shè)計的基礎(chǔ)上，按照IM-PMSG風電模擬實驗平臺的電氣技術(shù)指標，完成實驗平臺的硬件電路設(shè)計及其元器件的選型，完成主控制芯片TMS320F2812的外圍電路設(shè)計以及對所需控制軟件的設(shè)計，最后通過調(diào)試風電模擬實驗平臺，完成對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控。 【關(guān)鍵詞】：風力實驗平臺 異步電動機 永磁同步發(fā)電機 空間電壓矢量 最大功率點跟蹤
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 研究背景及意義7
• 1.2 風力發(fā)電及實驗平臺的發(fā)展現(xiàn)狀7-9
• 1.2.1 風力發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀7-8
• 1.2.2 風電實驗平臺的國內(nèi)外現(xiàn)狀8-9
• 1.3 小型風電實驗平臺的構(gòu)成及其選擇9-11
• 1.3.1 原動機的分類及其選擇9-10
• 1.3.2 風電實驗平臺發(fā)電系統(tǒng)的分類及其選擇10-11
• 1.4 本文研究內(nèi)容與目標11-13
• 1.4.1 研究內(nèi)容11-12
• 1.4.2 研究目標12
• 1.4.3 技術(shù)指標12-13
• 1.5 本文創(chuàng)新點13-15
• 第二章 風力機特性及模擬方案的研究15-25
• 2.1 風速模擬15-16
• 2.2 異步電動機模擬風力機特性的研究16-20
• 2.2.1 風力機特性16-18
• 2.2.2 異步電動機特性18-19
• 2.2.3 異步電動機特性與風力機特性比較分析19
• 2.2.4 異步電動機模擬風力機的實現(xiàn)方案19-20
• 2.3 機械傳動軸設(shè)計20-21
• 2.4 Matlab 模型仿真與分析21-24
• 2.4.1 風速模型仿真與分析21-22
• 2.4.2 風力機模型仿真與分析22-23
• 2.4.3 機械傳動軸仿真23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 基于風力機轉(zhuǎn)矩模型的 IM 控制策略25-37
• 3.1 異步電動機數(shù)學模型的構(gòu)建25-26
• 3.2 基于風力機轉(zhuǎn)矩模型的 SVPWM 控制系統(tǒng)策略26-31
• 3.2.1 基于風力機模型的轉(zhuǎn)矩控制26-27
• 3.2.2 改進型 SVPWM 的雙滯環(huán)電流控制27-31
• 3.3 Matlab 仿真及結(jié)果分析31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 風電模擬實驗平臺的 PMSG 的控制策略37-47
• 4.1 永磁同步發(fā)電機數(shù)學模型37
• 4.2 永磁同步發(fā)電機的控制37-38
• 4.3 MPPT 控制策略的研究38-43
• 4.3.1 常用 MPPT 控制策略39-40
• 4.3.2 基于停止、重啟機制的 MPPT 控制策略40-43
• 4.4 Matlab 仿真及結(jié)果分析43-45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 第五章 風電模擬實驗平臺的實現(xiàn)47-61
• 5.1 風電模擬實驗平臺系統(tǒng)硬件設(shè)計47-48
• 5.1.1 模擬風力機系統(tǒng)硬件原理圖47-48
• 5.1.2 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)硬件原理圖48
• 5.2 系統(tǒng)電路設(shè)計48-51
• 5.2.1 模擬風力機運轉(zhuǎn)側(cè)電路48-50
• 5.2.2 PMSG 輸出側(cè)電路50-51
• 5.3 DSP 外圍電路分析51-54
• 5.3.1 DSP 功能的介紹51-52
• 5.3.2 電源模塊設(shè)計52
• 5.3.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇52
• 5.3.4 檢測電路的選擇52-54
• 5.3.5 IGBT 驅(qū)動模塊選擇54
• 5.4 控制策略的軟件設(shè)計54-57
• 5.5 系統(tǒng)實驗分析與數(shù)據(jù)監(jiān)控57-60
• 5.6 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 致謝63-65
• 參考文獻65-69
• 附錄 A：仿真系統(tǒng)圖69-70
• 附錄 B：相關(guān)硬件電路70-71
• 附錄 C：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文71

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