直驱型风力发电系统并网变流技术的研究

论文摘要

直驱型风电机组因其具有能量转换效率高、可靠性高、并网功率控制灵活等优点,成为了继双馈型风电机组之后风力发电技术领域的重要研究方向。然而,对于目前主流的兆瓦级直驱型风电机组而言,我国在变流机组及其核心控制技术方面仍依赖进口,极大制约了风电产业的进一步发展。因此,本文围绕直驱型风电机组全功率并网变流技术展开理论研究,对网侧变流器和电机侧变流器的设计方法与控制策略进行分析探讨,并通过仿真验证了理论研究成果的正确性。首先,本文重点分析了二极管箝位式三电平逆变器拓扑结构,对三电平逆变器SVPWM调制算法进行了深入研究。并通过对三电平逆变器模型的大量仿真,得出SVPWM方法应用于三电平逆变器的可行性,它的输出相电压波形更接近于正弦波,在相同开关频率条件下,大大降低了谐波污染。其次,建立了风力机的数学模型；根据此数学模型在MATLAB/simulink中建模,对风力机的特性进行了仿真分析第三,介绍了永磁同步发电机数学模型的推导过程；利用数学模型的公式研究了发电机侧的控制策略,由于控制过程中用到PI调节器,所以还介绍了一种根据传递函数计算PI调节器参数的方法。第四,在三电平逆变器的并网控制方式上,采用电压外环与电流内环双闭环控制系统,实现了直流侧电压与网侧电流的控制,并且实现了单位功率因数按正弦波电流控制。并通过Matlab/simulink仿真工具进行验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和选题意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 风力发电并网变流机组的发展现状
• 1.3.1 风机的功率特性
• 1.3.2 速度控制技术发展现状
• 1.3.3 功率控制技术发展现状
• 第二章 三电平逆变器SVPWM控制策略
• 2.1 两电平空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理
• 2.1.1 两电平逆变器工作原理
• 2.1.2 三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换
• 2.1.3 两电平逆变器SVPWM基本原理
• 2.2 三电平逆变器的控制策略
• 2.2.1 判断参考矢量所处位置
• 2.2.2 输出电压矢量的作用时间
• 2.2.3 空间电压矢量作用顺序的确定
• 第三章 风能的基本理论及风力机特性分析
• 3.1 风能的基本理论
• 3.1.1 风能的计算
• 3.1.2 贝兹理论（风力机气动理论）
• 3.2 风力机特性分析
• 3.2.1 风力机的特性系数
• 3.2.2 风力机的数学模型
• 3.2.3 风力机特性仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 永磁同步发电机的数学模型及控制策略
• 4.1 典型永磁同步风力发电机组简介
• 4.2 永磁同步发电机的数学模型
• 4.2.1 坐标变换
• 4.2.2 推导永磁同步发电机数学模型的前提假设
• 4.2.3 三相静止坐标系下永磁同步发电机的电压回路方程
• 4.2.4 同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型
• 4.3 永磁同步发电机的控制策略
• 4.3.1 电流内环、转速外环双闭环控制策略
• 4.3.2 PI调节器的参数计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 三电平逆变器的并网控制
• 5.1 三相电压型逆变器dq模型的建立
• 5.2 三相电压源逆变器控制系统设计
• 5.2.1 有功并网时控制系统设计
• 5.2.2 无功并网时控制系统设计
• 5.2.3 旋转坐标系到静止坐标系的变换
• 5.3 本章小结
• 第六章 三电平逆变器的计算机仿真
• 6.1 SVPWM模块
• 6.1.1 大扇区号的判断
• 6.1.2 空间矢量作用时间的确定
• 6.2 并网控制模块
• 6.2.1 三相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换
• 6.2.2 前馈解耦
• 6.2.3 两相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换
• 6.3 仿真波形及分析
• 6.3.1 逆变器输出电压波形
• 6.3.2 无功并网电压电流波形
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 作者简介