小型永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器研究

【摘要】：由于傳統(tǒng)能源危機(jī)以及化石能源燃燒造成的環(huán)境危機(jī),發(fā)展可再生能源勢在必行。風(fēng)力發(fā)電是一種清潔無污染、安全可靠的可再生能源,近些年來發(fā)展極為迅速,而小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊,受到廣泛重視。變換器是小型永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的技術(shù)核心,在風(fēng)電系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用。本文主要對小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器進(jìn)行了研究。 本文首先介紹了世界和中國風(fēng)力發(fā)電目前的研究現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢;對永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流技術(shù)進(jìn)行了分析,結(jié)合小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn),選取了背靠背變換器作為小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 其次,對小型永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器并網(wǎng)控制策略進(jìn)行了研究。建立了網(wǎng)側(cè)變換器在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,在其基礎(chǔ)上研究了傳統(tǒng)PI控制電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的并網(wǎng)控制策略,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了高階非奇異終端滑模控制電流內(nèi)環(huán)、PI控制電壓外環(huán)的并網(wǎng)控制策略,并進(jìn)行了對比研究,結(jié)果表明采用高階非奇異終端滑模變結(jié)構(gòu)控制策略響應(yīng)更快,在電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及直流側(cè)輸入變化時(shí)魯棒性更好。同時(shí)為了獲取電網(wǎng)的相位信息,設(shè)計(jì)了三相軟件鎖相環(huán),克服了硬件鎖相電路在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)不能準(zhǔn)確鎖相的缺點(diǎn)。 然后,針對電網(wǎng)電壓跌落的故障,分析了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常用的幾種低電壓穿越方案,對比研究后采用了帶有卸荷電阻的Crowbar保護(hù)電路低電壓穿越方案,分析了卸荷電阻參數(shù)的選取原則及卸荷電阻的投切策略,并在MATLAB/Simulink里搭建了仿真模型,仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案的簡單有效性。 根據(jù)指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)了小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器的硬件電路和軟件流程;在硬件方面,設(shè)計(jì)了網(wǎng)側(cè)變換器的主電路、采樣電路、隔離電路、保護(hù)電路以及輔助電源電路等;在軟件方面,設(shè)計(jì)了并網(wǎng)控制算法的流程,并重點(diǎn)說明了PWM中斷服務(wù)子程序、AD采樣中斷服務(wù)子程序及故障保護(hù)子程序。 最后,搭建了以TMS320F2812為主控芯片小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)驗(yàn)平臺,對網(wǎng)側(cè)變換器的并網(wǎng)控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,分析了實(shí)驗(yàn)波形,結(jié)果證明了并網(wǎng)控制策略的正確性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 永磁直驅(qū) 網(wǎng)側(cè)變換器 滑模變結(jié)構(gòu)控制 低電壓穿越
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM614;TM46
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展和現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.2.3 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)12-14
• 1.2.4 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的控制技術(shù)14-15
• 1.2.5 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢15
• 1.3 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流技術(shù)15-18
• 1.3.1 不可控整流器后接晶閘管逆變器16
• 1.3.2 不可控整流器后接直流側(cè)電壓變化的PWM 電壓源型逆變器16-17
• 1.3.3 不可控整流器后接直流側(cè)電壓穩(wěn)定的PWM 電壓源型逆變器17
• 1.3.4 不可控整流器后接電流源型逆變器17-18
• 1.3.5 雙PWM 電壓源型逆變器18
• 1.4 低電壓穿越技術(shù)18-20
• 1.4.1 雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)18-20
• 1.4.2 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)20
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學(xué)模型22-26
• 2.2.1 坐標(biāo)變換22-24
• 2.2.2 網(wǎng)側(cè)變換器在dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.3 基于PI 控制的網(wǎng)側(cè)變換器并網(wǎng)控制策略26-27
• 2.4 三相軟件鎖相環(huán)27-29
• 2.5 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的網(wǎng)側(cè)變換器并網(wǎng)控制策略29-33
• 2.6 仿真分析33-37
• 2.6.1 鎖相環(huán)仿真波形33-34
• 2.6.2 基于PI 控制網(wǎng)側(cè)變換器仿真波形34-35
• 2.6.3 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的網(wǎng)側(cè)變換器波形35-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第3章 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)38-47
• 3.1 低電壓穿越概述38-40
• 3.1.1 低電壓穿越的定義38
• 3.1.2 低電壓穿越的必要性38-39
• 3.1.3 低電壓穿越技術(shù)的相關(guān)規(guī)定39-40
• 3.2 低電壓穿越方案分析40-43
• 3.2.1 帶有儲(chǔ)能裝置的 Crowbar 保護(hù)電路41
• 3.2.2 帶有輔助變換器的Crowbar 保護(hù)電路41-42
• 3.2.3 帶有卸荷電阻的 Crowbar 保護(hù)電路42-43
• 3.3 帶有卸荷電阻的 Crowbar 保護(hù)電路43-44
• 3.3.1 卸荷電阻參數(shù)的選取43-44
• 3.3.2 卸荷電阻的控制策略44
• 3.4 仿真分析44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 小型永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器設(shè)計(jì)47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 網(wǎng)側(cè)變換器硬件電路設(shè)計(jì)47-54
• 4.2.1 網(wǎng)側(cè)變換器的電路結(jié)構(gòu)47-48
• 4.2.2 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)48-50
• 4.2.3 控制電路設(shè)計(jì)50-52
• 4.2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)52-53
• 4.2.5 輔助電源設(shè)計(jì)53-54
• 4.3 網(wǎng)側(cè)變換器軟件設(shè)計(jì)54-58
• 4.3.1 控制芯片的選取54
• 4.3.2 軟件總體設(shè)計(jì)54-55
• 4.3.3 PWM 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)55-56
• 4.3.4 AD 采樣中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)56-57
• 4.3.5 故障保護(hù)子程序設(shè)計(jì)57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析59-66
• 5.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)59
• 5.2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺59-60
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果60-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-75
• 致謝75

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