永磁直驱风力发电系统的并网运行控制策略研究

论文摘要

全球环境恶化和传统能源枯竭促使人们将目光转向新能源领域。诸多已有的清洁能源发电形式中,风力发电技术最成熟而备受瞩目。本文在充分了解当前风电发展状况基础上,重点研究额定风速以下双PWM型永磁直驱风电系统网侧和机侧的矢量控制策略。介绍风力机的基本特性并比较现有的几种最大风能利用方式后,选定功率信号反馈（PSF）控制为所搭建仿真系统的最大功率跟踪控制策略。根据矢量变换思想推导变流器在同步旋转坐标系下的数学模型,确定电网电压空间矢量定向和虚拟电网磁链定向这两种网侧控制策略:前者控制简单应用广泛,后者不需要电网电压传感器但算法相对复杂。对前者进行了正常运行和电网电压跌落故障时的仿真试验。研究不控整流+boost升压斩波和PWM整流两种变流器结构下机侧的数学模型和控制方法。重点比较PWM整流时基于转子磁链定向的零d轴电流控制和单位功率因数（UPF）控制。前者算法简单但发电机有功、无功功率不解耦,后者正相反。鉴于此提出一种综合前两种方法优点的定子磁链二次定向控制。数学推导后得出其控制系统结构图,与前两种方法类似仍采用双闭环结构。对三种控制方法分别进行了仿真试验,结果验证了各种控制策略的有效性和分析结论的正确性。最后仿真验证了含驱动轴系的系统能有效降低输入电网的功率波动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 风力发电的意义与发展现状
• 1.2 并网型风力发电系统主要类型
• 1.2.1 恒速恒频风力发电系统
• 1.2.2 变速恒频双馈风力发电系统
• 1.2.3 变速恒频直驱风力发电系统
• 1.3 直驱风电系统的变流技术
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 风力机及其控制
• 2.1 风速的数学模型
• 2.2 风力机的模型
• 2.2.1 风力机功率特性
• 2.2.2 Simulink 中的风力机模型
• 2.3 桨距角控制
• 2.4 风力机运行控制
• 2.4.1 变桨距风电机组的运行阶段
• 2.4.2 最大功率跟踪控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 网侧变流器及其控制
• 3.1 矢量控制原理与坐标变换
• 3.2 网侧变流器的数学模型
• 3.2.1 静止坐标系模型
• 3.2.2 同步旋转坐标系模型
• 3.3 网侧变流器的控制策略
• 3.3.1 网侧变流器的基本工作原理
• 3.3.2 电网电压矢量定向控制
• 3.3.3 虚拟电网磁链定向控制
• 3.4 网侧变流器的控制仿真分析
• 3.4.1 正常工况下系统运行特性
• 3.4.2 电网电压跌落时系统运行特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 机侧整流结构及其控制
• 4.1 机侧不控整流结构及其控制
• 4.1.1 二极管不控整流电路
• 4.1.2 Boost 电路模型
• 4.1.3 基于boost 电路的系统控制
• 4.1.4 系统仿真分析
• 4.2 机侧PWM 整流结构及其控制
• 4.2.1 永磁发电机的数学模型
• 4.2.2 不同矢量定向的机侧控制
• 4.2.3 系统仿真分析
• 4.2.4 轴系对系统的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要