基于直接功率控制的永磁直驅(qū)風(fēng)電變流系統(tǒng)研究

【摘要】：風(fēng)能是目前最重要的清潔能源之一，具有取之不盡、用之不竭、無污染的優(yōu)點(diǎn)，近些年來隨著能源的短缺而倍受關(guān)注。同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)周期較傳統(tǒng)電場(chǎng)短，運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高，維護(hù)量少，所以，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前最有前景的綠色能源之一。永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，因其無齒輪箱、維護(hù)成本低、噪音低等獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)正受到越來越多的關(guān)注，已經(jīng)成為變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。本文以永磁直驅(qū)式風(fēng)電變流系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，對(duì)直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)組成的各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模，并提出網(wǎng)側(cè)和機(jī)側(cè)直接功率控制策略。 首先，介紹了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的拓樸結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有控制策略，從風(fēng)能的計(jì)算出發(fā)，研究了風(fēng)力機(jī)的特性，介紹了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成，并分別對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，包括永磁同步發(fā)電機(jī)、雙PWM變流器及直流環(huán)節(jié)等。 其次，研究了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直接功率控制策略。首先對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的直接功率控制方法進(jìn)行理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模，并與傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓定向矢量控制進(jìn)技術(shù)行了比較。網(wǎng)側(cè)直接功率控制是在電網(wǎng)電壓定向控制的基礎(chǔ)上加入了瞬時(shí)功率理論的思想得到的一種新型的變流器控制方法，該控制方法舍去傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓定向的電流環(huán)，直接采用功率環(huán)作為內(nèi)環(huán)，并采用直流電壓和開關(guān)函數(shù)直接估算網(wǎng)側(cè)有功功率和無功功率，可舍棄電網(wǎng)電壓傳感器，減少成本和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；由于無電流環(huán)減少了坐標(biāo)變換的次數(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。后對(duì)機(jī)側(cè)變流器的直接功率控制策略進(jìn)行理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模，并與傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制技術(shù)相比較，轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制在坐標(biāo)變換和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程基礎(chǔ)上，通過控制dq軸電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)控制，直接功率控制直接由功率經(jīng)過功率調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)后給出變流器開關(guān)通斷所需控制量，在控制過程中，沒有電流環(huán)減少了坐標(biāo)變換次數(shù)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制算法的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 最后，對(duì)直接功率控制的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，搭建了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)所提出的直接功率控制算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所提出控制策略的有效性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 永磁直驅(qū) 矢量控制 直接功率控制
【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;TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及主流機(jī)型10-13
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 兩大主流機(jī)型比較11-13
• 1.3 永磁直驅(qū)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 直驅(qū)并網(wǎng)機(jī)組主要拓樸結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3.2 直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組主要控制策略14-15
• 1.4 直接功率控制研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)基本組成及建模17-29
• 2.1 永磁直驅(qū)力風(fēng)發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)17
• 2.2 永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)建模17-27
• 2.2.1 風(fēng)力機(jī)建模17-21
• 2.2.2 傳動(dòng)鏈模型21-22
• 2.2.3 永磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.2.4 PWM 變流器數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.5 直流母線環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.3 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)直接功率控制策略29-55
• 3.1 網(wǎng)側(cè)直接功率控制策略29-37
• 3.1.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓定向矢量控制29-32
• 3.1.2 網(wǎng)側(cè)變流器直接功率控制數(shù)學(xué)模型32-33
• 3.1.3 網(wǎng)側(cè)直接功率控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-37
• 3.2 直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)直接功率控制策略37-44
• 3.2.1 永磁發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性分析37-39
• 3.2.2 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制39-42
• 3.2.3 機(jī)側(cè)變流器直接功率控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42-44
• 3.3 總體控制框圖及仿真模型44-46
• 3.4 仿真結(jié)果分析46-54
• 3.4.1 機(jī)側(cè)變流器仿真結(jié)果分析46-51
• 3.4.2 網(wǎng)側(cè)變流器仿真結(jié)果分析51-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第4章 直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)直接功率控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)55-64
• 4.1 實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)56-58
• 4.1.1 PWM 單元電路56
• 4.1.2 DSP 控制電路56-58
• 4.2 實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)58-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄70-71
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目71-72
• 致謝72

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雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率控制的研究    劉金山

三相電壓型PWM整流器的直接功率控制策略研究    趙甜甜

雙PWM變頻器一體化直接功率控制系統(tǒng)的研究    翟利利