永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)變換器控制與風機模擬技術(shù)研究

【摘要】：風能是近年來全世界發(fā)展最快的可再生能源,受到了世界各國的廣泛關(guān)注。直驅(qū)式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)效率高、拓撲結(jié)構(gòu)簡單及運行穩(wěn)定,代表了風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢,也是當前研究熱點之一。本文主要研究基于永磁發(fā)電機的直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)變換器的控制及風機模擬的實現(xiàn)。 首先,本文在介紹直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換器拓撲結(jié)構(gòu)的基礎上,選擇可獨立控制電機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器的PWM變換器作為永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換器,并對其主回路器件參數(shù)進行了優(yōu)化設計。在選擇控制器硬件類型和軟件架構(gòu)的基礎上,對網(wǎng)側(cè)變換器控制軟件的結(jié)構(gòu)、流程、模塊化設計思想等進行了闡述。 其次,PWM變換器的控制技術(shù)是直驅(qū)風力發(fā)電技術(shù)的核心,本文設計了PWM變換器基于PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng),采用三相軟件鎖相環(huán)提高網(wǎng)側(cè)PWM變換器控制中的電網(wǎng)電壓定向精度,并對網(wǎng)側(cè)變換器軟起動策略進行了研究和設計,以期減小系統(tǒng)起動時的電流沖擊,取得較好的靜態(tài)和動態(tài)調(diào)整效果。 另一方面,在風力發(fā)電系統(tǒng)的研究和開發(fā)過程中,如何構(gòu)建風機模擬器以提供可控的風機特性越來越重要。本文首先建立風力機基于CT-λ特性的簡化數(shù)學模型,確定風機模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模擬方案,并基于直流電機分別分析轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速模擬方案的實現(xiàn)方法,在軟硬件設計的基礎上搭建起實驗室風機模擬平臺。對風機模擬器的靜態(tài)和動態(tài)響應、不同模擬方案時的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化、單風速和多風速時的系統(tǒng)特性都要進行實驗驗證;還要對風速模擬和風力機動態(tài)特性進行仿真研究,為以后的進一步研究奠定理論基礎。 【關(guān)鍵詞】：永磁直驅(qū)式風力發(fā)電 PWM電能變換器 電網(wǎng)電壓定向矢量控制 三相軟件鎖相環(huán) 軟起動 風力機模擬
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TM46;TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題背景及意義8-9
• 1.2 風力發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢9-12
• 1.2.1 國內(nèi)外風電發(fā)展現(xiàn)狀及前景9
• 1.2.2 國內(nèi)外風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢9-10
• 1.2.3 變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)10-12
• 1.2.4 直驅(qū)式電能變換器控制技術(shù)12
• 1.3 風機模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 風機模擬技術(shù)簡介12-13
• 1.3.2 風機模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本論文研究的目的和主要內(nèi)容14-15
• 第2章 直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)變換器軟硬件設計15-32
• 2.1 直驅(qū)風電系統(tǒng)變換器主回路參數(shù)設計15-24
• 2.1.1 直流母線電壓的選取15-16
• 2.1.2 直流母線濾波電容的選取16-17
• 2.1.3 開關(guān)器件模塊的選取17-18
• 2.1.4 網(wǎng)側(cè)濾波器設計18-24
• 2.2 直驅(qū)風電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器控制軟件設計24-31
• 2.2.1 DSP 平臺及軟件架構(gòu)的選擇和設計24-27
• 2.2.2 控制軟件的模塊化設計27-28
• 2.2.3 軟件開發(fā)中的問題及探討28-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器及其控制32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型32-37
• 3.2.1 采用開關(guān)函數(shù)描述的網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學模型32-34
• 3.2.2 采用占空比描述的網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學模型34-36
• 3.2.3 同步旋轉(zhuǎn)dq 坐標系下網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型36-37
• 3.3 網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略研究37-39
• 3.4 三相軟件鎖相環(huán)在網(wǎng)側(cè)變換器中的應用39-41
• 3.5 網(wǎng)側(cè)變換器的軟啟動41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 直驅(qū)風電系統(tǒng)中的風機模擬技術(shù)研究43-67
• 4.1 風力機的數(shù)學模型43-46
• 4.2 風機模擬器的結(jié)構(gòu)及功能46-50
• 4.2.1 風機模擬器的結(jié)構(gòu)46-47
• 4.2.2 風機模擬方案選擇47-50
• 4.3 風機模擬器硬件及軟件設計50-55
• 4.3.1 風機模擬器硬件設計50-52
• 4.3.2 風機模擬器軟件設計52-55
• 4.4 實驗及仿真波形55-66
• 4.4.1 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速實驗55-57
• 4.4.2 轉(zhuǎn)矩控制方案風機模擬實驗57-59
• 4.4.3 轉(zhuǎn)速控制方案風機模擬實驗59-61
• 4.4.4 變風速風機模擬實驗61-62
• 4.4.5 風速模擬仿真波形62-64
• 4.4.6 風機動態(tài)特性模擬仿真波形64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 系統(tǒng)實驗及實驗結(jié)果67-73
• 5.1 引言67
• 5.2 永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器實驗平臺67-69
• 5.3 網(wǎng)側(cè)變換器的實驗結(jié)果69-72
• 5.3.1 電流環(huán)控制實驗69-70
• 5.3.2 雙閉環(huán)控制實驗70-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-78
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文78-80
• 致謝80

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