变速恒频技术的研究 ——变速恒频的直接转矩控制实现

论文摘要

兆瓦级风力发电机多采用变速恒频技术。变速恒频的实现是风力发电机电控单元的基本功能。而很多论文对该技术的理论探讨不够明确,究竟电机采用的矢量控制、直接转矩控制策略与变速恒频之间到底有什么联系?这是本论文所要解决的问题。本论文对该问题的探讨是以沈阳工业大学1.5MW风力发电机组ABB传动单元为研究对象的。通过实物分析、总结理论、建立仿真模型,最后验证理论分析的正确性。ABB传动单元中转子侧变流器采用双环控制:外环为转速环;内环为转矩环,采用直接转矩控制策略。本文只研究变速恒频技术的实现,所以忽略了定子侧变流器的控制环节。并将转速作为双馈发电机的输入量来建立双馈发电机的仿真模型,从而省略了转速环。通过研究ABB传动单元的控制框图,结合异步机直接转矩控制的原理,本文推导了双馈发电机直接转矩控制实现变速恒频技术的原理,绘制了控制框图,并说明了框图中各个功能模块的具体实现方法。在此基础上,得出了双馈发电机直接转矩控制实现变速恒频的实质:通过电压矢量作用于转子磁链,使转子磁链保持以同步速旋转,从而实现定子侧输出的电流频率恒定。根据理论上的分析,使用MATLAB7建立了ABB传动单元变速恒频实现环节的仿真模型。通过对不同电机转速下的仿真分析,得出仿真波形。由波形可见,在转速改变的情况下,双馈发电机定子侧输出的电流频率恒定不变。从而验证了对ABB电控单元中变速恒频环节理论分析的正确性。最后,在结论中根据该论文的研究内容提出不足之处和新的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的引出
• 1.1.1 风电机组功率控制方式
• 1.1.2 变速恒频技术
• 1.2 选题依据与本文研究的主要内容
• 第二章 ABB传动单元研究
• 2.1 沈阳工业大学风能技术研究所1.5MW风机简介
• 2.2 ABB电控系统硬件介绍
• 2.2.1 术语和缩略语
• 2.2.2 传动单元的硬件结构
• 2.2.3 电路板之间的接线图
• 2.2.4 冷启动
• 2.2.5 型号代码
• 2.3 ABB电控系统电气安装设计
• 2.3.1 检查发电机的兼容性
• 2.3.2 分断设备
• 2.3.3 热过载和短路保护
• 2.3.4 紧急停止装置
• 2.3.5 功率电缆的选择
• 2.3.6 功率因数补偿器
• 2.4 ABB电控系统的电气安装
• 2.4.1 检查装置的绝缘
• 2.4.2 电源和转子接线
• 2.4.3 控制电路接线
• 2.5 技术数据
• 2.6 ABB电控系统固件介绍
• 2.6.1 术语和缩略语
• 2.6.2 传动单元的启动
• 2.6.3 风力发电传动单元工作原理
• 2.6.4 同步
• 2.6.5 在启动时进行相序检查
• 2.7 程序功能
• 2.7.1 本地控制与外部控制
• 2.7.2 给定
• 2.7.3 可编程的模拟输出与可编程继电器输出
• 2.7.4 转距控制响应
• 2.7.5 故障与保护
• 2.7.6 参数锁定和存储
• 2.7.7 传动单元功能模块
• 2.7.8 外部风机控制（可选）
• 2.8 信号和参数
• 2.9 现场总线控制
• 2.10 控制方框图
• 2.10.1 术语与缩略语
• 2.10.2 给定计算
• 2.10.3 转距调节器
• 2.10.4 速度积分
• 2.10.5 速度调节器
• 2.10.6 转矩给定选择
• 第三章 双馈变速恒频风力发电系统传动单元的理论研究
• 3.1 双馈发电机数学模型
• 3.2 直接转矩控制策略的研究
• 3.2.1 双馈电机直接转矩控制的基本原理
• 3.2.2 各功能模块的实现
• 3.3 利用直接转矩控制实现变速恒频的实质
• 第四章 变速恒频技术的Matlab实现
• 4.1 双馈发电机仿真模型的建立
• 4.2 ABB传动单元变速恒频功能环节的仿真
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 双馈发电机仿真模型
• 在学研究成果
• 致谢