变速恒频双馈风力发电系统控制研究

论文摘要

在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,作为可再生绿色能源的风能受到各国普遍重视,风力发电技术也得长足发展。随着风电机组容量的不断增大,提高机组运行效率成为风力发电技术研究的重要内容,实现最大风能追踪的变速恒频双馈风力发电系统成为研究开发的热点。本文首先对双馈电机的运行理论进行了分析,对电机的数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导,为全文的研究奠定了理论基础。其次,在介绍了风力机特性的基础上,确定采用电机输出有功功率控制来间接实现最大风能追踪的实施方案,该方案无需检测风速,实现简单。基于最大风能追踪的需要,将磁场定向矢量控制技术应用到双馈电机的运行控制上,形成了基于定子磁链定向的有功、无功功率解耦控制策略。最后,讨论了基于电网电压定向矢量控制技术的网侧变换器的控制方法,以达到实现网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压稳定的目的。本文利用Matlab/Simulink的软件平台,建立了风力机和发电机的仿真模型,构建了完整的交流励磁变速恒频风力发电系统最大风能追踪的仿真模型和网侧变换器模型,实现了从并网控制到最大风能追踪控制的全过程运行仿真和网侧变换器不同工况下的仿真,仿真结果验证了控制策略的正确性。设计了部分硬件电路,同时对软件框图进行了简要介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电的必要性及发展现状
• 1.2 风力发电技术概论
• 1.2.1 风力机的控制方式
• 1.2.2 恒速恒频与变速恒频风力发电技术
• 1.3 变速恒频风力发电研究现状
• 1.4 未来风电发展趋势
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 双馈异步发电机的运行理论
• 2.1 双馈异步电机的优势
• 2.2 双馈型异步发电机定子磁链定向矢量控制
• 2.2.1 坐标变换
• 2.2.2 双馈型异步发电机的数学模型
• 2.3 定子磁链定向矢量控制
• 2.4 交流励磁双馈发电机的功率关系
• 第三章 交流励磁变速恒频风电系统最大风能捕获控制
• 3.1 交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域
• 3.2 风力机的运行特性
• 3.3 定桨距情况下风电系统最大能量追踪机理
• 3.4 基于发电机P、Q 解耦控制的最大风能追踪策略
• 第四章 变速恒频风力发电系统的仿真研究
• 4.1 变速恒频风力发电系统仿真模型
• 4.1.1 风力机的仿真模型
• 4.1.2 交流励磁发电机的仿真模型和结构
• 4.2 运行仿真研究
• 4.2.1 空载并网控制仿真
• 4.2.2 最大风能追踪控制仿真
• 4.3 网侧PWM 变频器的控制仿真
• 4.4 SVPWM 的仿真
• 4.4.1 SVPWM 的基本原理
• 4.4.2 TI DSP 三端逼近均分零矢量SVPWM 的简单实现
• 4.4.3 SVPWM 的Simulink 仿真模型和结果
• 第五章 变速恒频风力发电系统实验平台的设计
• 5.1 风力发电系统硬件构成介绍
• 5.2 双馈风力发电系统的硬件设计
• 5.2.1 TMS320F2812 数字信号处理器
• 5.2.2 信号检测电路
• 5.2.3 IPM 驱动电路
• 5.2.4 保护电路
• 5.3 转子侧变换器的控制程序框图
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢