永磁直驱风力发电机组变流器控制技术的研究

论文摘要

随着能源短缺问题的日益严重,风能作为绿色可再生能源越来越被人们重视。直驱风力发电是目前风力发电技术研究的热点之一。在直驱风力发电系统中,变流器将永磁同步发电机发出的频率变化的电能转换为频率恒定的电能并网。变流器控制技术的提高对于改善直驱型风力发电系统的电能质量和机组高效运行具有重要意义。首先,对永磁直驱风力发电机组变流器控制技术的发展现状进行详细介绍;比较目前常用的变流器结拓扑构,选择背靠背电压型PWM变流器作为研究对象;对风力机、永磁同步发电机和PWM变流器进行分析,建立数学模型,并对模型进行坐标变换。其次,对发电机侧PWM变流器控制系统进行设计。根据发电机侧变流器的控制需求,在发电机侧变流器控制中,结合直接转矩控制技术,建立基于直接转矩控制的双闭环PWM变流器控制系统;对控制系统建模仿真,仿真结果表明,发电机侧变流器直接转矩控制系统具有较高的快速性和稳定性,风电机组实现对风速的快速跟随,可以实现机组最大风能捕获的需求,满足设计要求。最后,对于电网侧PWM变流器控制系统进行设计及仿真。在风电机组中,电网侧变流器是机组并网的直接连接部件,是控制电能质量的核心单元。对电网侧变流器建立基于直接功率控制的控制系统;并针对传统直接功率控制策略开关频率不固定,增加系统谐波等问题,提出基于空间矢量调制的定频直接功率控制系统,对控制系统进行仿真研究;仿真结果表明控制系统保持直流母线电压稳定,降低了电能谐波率,提高系统输出的电能质量,满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 大型风电机组的发展趋势
• 1.3 直驱型风力发电机组变流器控制技术现状
• 1.3.1 永磁直驱风力发电机组拓扑结构
• 1.3.2 永磁直驱风力发电机组变流器控制技术发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 永磁直驱风力发电机组数学模型分析
• 2.1 风力机模型
• 2.2 永磁同步发电机数学模型
• 2.3 PWM 变流器数学模型分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 发电机侧变流器控制器设计及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 发电机侧变流器直接转矩控制
• 3.2.1 直接转矩控制（DTC）基本原理
• 3.2.2 发电机侧变流器控制器设计
• 3.2.3 发电机磁链和转矩估算
• 3.2.4 区间判段和开关表选择
• 3.3 发电机侧变流器控制系统仿真
• 3.3.1 模型建立
• 3.3.2 系统仿真分析
• 3.4 本章总结
• 第四章 电网侧变流器控制器设计及仿真
• 4.1 电网侧变流器控制系统设计
• 4.2 电网侧变流器直接功率控制技术
• 4.2.1 瞬时功率理论
• 4.2.2 直接功率控制基本原理
• 4.2.3 电网侧变流器直接功率控制（DPC）技术
• 4.2.4 功率比较器信号选择
• 4.2.5 空间划分和开关表
• 4.3 改进的直接功率控制系统设计
• 4.3.1 空间矢量调制技术（SVPWM）
• 4.3.2 交流侧滤波器设计
• 4.3.3 瞬时功率内环控制器设计
• 4.4 电网侧变流器控制策略仿真
• 4.4.1 仿真模型的建立
• 4.4.2 仿真模型析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢