双馈风力发电机组交流励磁控制系统设计

论文摘要

随着常规化石能源的日益枯竭,近年来风力发电作为一种新兴绿色能源利用方式,获得了迅速的发展,其中变速恒频双馈风力发电技术以其优良的特性,成为主流的风电技术。在这种机组中,交流励磁系统性能的优劣是双馈风力发电机组实现优秀性能的关键环节。本文的研究工作主要是围绕着变速恒频双馈风力发电机交流励磁控制系统展开的,论文主要内容及研究成果如下：本文分析了双馈风力发电机的基本工作原理,讨论了超同步和亚同步两种发电状态。建立了双馈发电机在三相静止坐标系下的动态数学模型,并以旋转磁场等效、功率保持恒定为坐标系变换原则,将其变换到两相同步旋转坐标系。在此基础上着重研究了双馈发电机的定子磁链定向矢量控制策略。根据变速恒频双馈风力发电机组对交流励磁系统的要求,两电平电压型双PWM变流器是可用作双馈发电机交流励磁的最具优势的一种变流器。本文介绍了双馈发电机两电平电压型双PWM变流器工作原理、拓扑结构,建立了其基于开关函数的数学模型,并依照功率恒定原则进行三相静止到两相同步旋转坐标系的变换。接着着重研究了网侧变换器的电网电压定向矢量控制策略。构建了一套15KW的双馈发电机交流励磁控制系统物理实验平台,包括以IGBT为功率器件的变流器主电路设计、以PC923和PC929芯片为基础的功率器件驱动和保护电路设计、系统参数的检测电路设计：采用TI公司TMS320F2812 DSP为控制器设计了变流器双芯片控制系统,并设计了其外围电路。以TI C2000 DSP标准子程序库为基础设计了交流励磁的软件控制系统。采用模块化方法设计软件,便于程序的修改与移植,实现了SVPWM矢量控制策略、PI控制器、网络串行通信等。结合理论分析,在电网电压止常的情况下,进行了实验室条件下交流励磁模拟实验。初步验证了以DSP为控制器的两电平电压型双PWM变流器作为双馈风力发电机交流励磁系统具有的优良特性,取得了有实用价值的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 交流励磁相关技术发展现状
• 1.2.1 电力电子器件的发展
• 1.2.2 微处理器与数字控制技术
• 1.2.3 功率环节PWM技术的发展
• 1.2.4 交流励磁控制策略
• 1.3 课题的研究目标和研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第2章 交流励磁基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 双馈风力发电机的工作原理
• 2.3 双馈风力发电机的数学模型
• 2.3.1 三相静止A-B-C坐标系下的数学模型
• 2.3.2 两相同步旋转d-q坐标系下的数学模型
• 2.4 双馈风力发电机基于定子磁链定向的矢量控制策略
• 2.5 两电平电压型双PWM变流器
• 2.5.1 两电平电压型双PWM变流器拓扑结构
• 2.5.2 网侧变换器数学模型
• 2.5.3 网侧变换器基于电网电压定向的矢量控制策略
• 2.6 小结
• 第3章 交流励磁控制系统硬件设计
• 3.1 风力发电交流励磁控制系统结构
• 3.2 功率环节设计
• 3.2.1 系统主电路
• 3.2.2 IGBT驱动电路
• 3.2.3 系统保护电路
• 3.3 系统检测电路设计
• 3.3.1 电流检测电路
• 3.3.2 电压检测电路
• 3.3.3 转速检测电路
• 3.4 DSP控制器系统设计
• 3.4.1 DSP最小系统设计
• 3.4.2 混合电压和逻辑系统设计
• 3.5 小结
• 第4章 基于TMS320F2812的控制系统软件设计
• 4.1 基准和标幺化模型
• 4.2 SVPWM调制算法分析
• *扇区的计算'>4.2.1 空间矢量U^*扇区的计算
• 4.2.2 开关管导通时间的计算
• 4.2.3 各相桥臂开关管导通时间的分配
• 4.3 电压矢量及定子磁链空间电角度的计算
• 4.4 PI控制器
• 4.5 程序流程图
• 4.6 小结
• 第5章 交流励磁控制系统实验平台
• 5.1 实验平台构成
• 5.2 实验系统参数
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本课题结论
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 DSP链接命令文件
• 附录2 SVPWM函数模块
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢