并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組全功率變流器設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著全球能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)以及化石能源緊張短缺，人類面臨的生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，開發(fā)新能源和清潔能源已成為當(dāng)今世界各國(guó)政府的重要施政舉措。風(fēng)力發(fā)電是目前已開發(fā)利用的可再生清潔能源中發(fā)展最迅速，技術(shù)最成熟，也最具大規(guī)模開發(fā)利用前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式。其中直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其效率高、維護(hù)方便、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為研究的焦點(diǎn)。而直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前風(fēng)電領(lǐng)域的重要研究方向，本文圍繞并網(wǎng)型直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組全功率變流器展開了詳細(xì)的分析研究，通過(guò)matlab/simulink軟件平臺(tái)搭建系統(tǒng)的仿真模型，同時(shí)基于永磁同步電機(jī)對(duì)拖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行研究成果的驗(yàn)證。 首先本文簡(jiǎn)要介紹了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，在此基礎(chǔ)上建立全功率變流器及直流母線環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)分析研究了并網(wǎng)型全功率變流器的控制策略，根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)原理，采用發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向id0和電網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)電壓定向的控制策略，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。使機(jī)側(cè)控制功率、網(wǎng)側(cè)控制母線電壓，實(shí)現(xiàn)有功與無(wú)功功率的解耦，確保系統(tǒng)可運(yùn)行于單位功率因數(shù)狀態(tài)。文章對(duì)各控制策略原理也進(jìn)行了詳細(xì)闡述。 其次本文重點(diǎn)對(duì)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器的主電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括功率組件參數(shù)設(shè)計(jì)、電網(wǎng)側(cè)LCL濾波電路設(shè)計(jì)和共模抑制電路設(shè)計(jì)。提出了一種新穎的網(wǎng)側(cè)LCL濾波器設(shè)計(jì)算法以抑制諧波影響，同時(shí)采用被動(dòng)阻尼方法抑制諧振，對(duì)LCL濾波元件的計(jì)算步驟和配合取值原則做了詳細(xì)分析闡述。通過(guò)在Matlab/simulink環(huán)境下搭建基于主動(dòng)整流拓?fù)涞?.5MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電全功率并網(wǎng)變流機(jī)組仿真模型，對(duì)所提出的控制策略以及主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 最后本文以1.5MW并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電全功率變流機(jī)組電機(jī)對(duì)拖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先簡(jiǎn)要分析了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成，其次對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析闡述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論及仿真研究相吻合，有效的驗(yàn)證了分析的正確性。 【關(guān)鍵詞】：直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電 全功率變流器 SVPWM 控制策略 LCL濾波器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM46;TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 論文研究背景及意義10
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況10-14
• 1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2.3 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流機(jī)組研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組全功率變流器研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 全功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.2 全功率變流技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 直驅(qū)風(fēng)電全功率變流器的控制原理18-36
• 2.1 直驅(qū)型風(fēng)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理18
• 2.2 全功率變流器數(shù)學(xué)模型18-22
• 2.2.1 基本工作原理19
• 2.2.2 三相靜止坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.2.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.3 中間直流環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.4 網(wǎng)側(cè) PWM 變流器控制策略研究23-31
• 2.4.1 電網(wǎng)電壓定向矢量控制23-27
• 2.4.2 空間矢量脈寬調(diào)制理論27-31
• 2.5 機(jī)側(cè) PWM 變流器控制策略研究31-35
• 2.5.1 矢量控制原理32-33
• 2.5.2 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制33-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第3章 并網(wǎng)變流器主電路的設(shè)計(jì)36-53
• 3.1 功率組件參數(shù)設(shè)計(jì)37-39
• 3.1.1 IGBT 開關(guān)管的選擇37
• 3.1.2 中間直流環(huán)節(jié)電容的選取37-39
• 3.2 電網(wǎng)側(cè) LCL 濾波電路設(shè)計(jì)39-44
• 3.2.1 總電感LT 的選取40-41
• 3.2.2 變流器側(cè)電感設(shè)計(jì)41-42
• 3.2.3 濾波電容設(shè)計(jì)42-43
• 3.2.4 電網(wǎng)側(cè)電感設(shè)計(jì)43
• 3.2.5 LCL 濾波元件的配合取值原則43-44
• 3.3 共模抑制電路設(shè)計(jì)44-45
• 3.4 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電變流系統(tǒng)仿真45-52
• 3.4.1 系統(tǒng)主回路建模45-47
• 3.4.2 變流器控制系統(tǒng)建模47-49
• 3.4.3 仿真結(jié)果分析49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 實(shí)驗(yàn)研究53-58
• 4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成53-54
• 4.2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-57
• 4.2.1 網(wǎng)側(cè) LCL 濾波實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證54-55
• 4.2.2 帶載實(shí)驗(yàn)55-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 附錄 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與的科研項(xiàng)目目錄63-64
• 致謝64

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