双馈风力发电机空载并网与转子侧变流器内模控制研究

论文摘要

在能源危机和环境危机日益严重的今天,风能作为一种重要的可再生清洁能源已经受到世界各国的重视,风力发电技术日臻成熟。随着风电机组单机容量的不断增大,无冲击电流并网技术成为风力发电研究领域的一个重点。本文以双馈风力发电系统为研究对象,将内模控制方法应用到双馈风力发电机空载并网控制策略中,增强系统的鲁棒性和抗扰性,实现对双馈风力发电机空载运行时定子输出电压的有效控制,实现系统从空载到并网的平滑过渡。本文在阐述变速恒频风力发电技术特点的基础上,分析了三种适合于双馈风力发电机并网方式优缺点,总结了目前常用的空载并网控制策略特点。详细分析了双馈风力发电系统变速恒频理论及双馈风力发电机的功率关系,推导出三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的双馈风力发电机数学模型;基于双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制理论对其旋转坐标系下数学模型进行解耦,分析建立了基于转子侧变流器控制的双馈风力发电机空载并网系统模型。研究设计了转子侧变流器电流环内模控制策略,实现并网前双馈风力发电机空载运行时定子输出电压对电网电压频率、幅值和相位的良好跟踪。并网运行时,采用以定子功率控制为外环、转子电流控制为内环的双环控制,实现定子侧有功功率和无功功率的独立调节。利用MATLAB软件搭建了系统仿真平台,完成了对上述设计方案的仿真验证,仿真结果显示该控制策略良好的动态跟踪性能。基于11KW双馈风力发电系统实验平台,完成了基于TMS320F2812的DSP(Digital Signal Processor)数字控制器软硬件设计,进行了空载并网实验,实验结果验证了理论分析和控制策略的正确性、可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电及其技术现状
• 1.2 风力发电机组并网技术
• 1.2.1 恒速恒频风力发电并网方式
• 1.2.2 变速恒频风力发电并网方式
• 1.2.3 变速恒频双馈风力发电系统空载并网控制技术研究现状
• 1.3 本论文研究意义及主要内容
• 第2章 双馈风力发电机基本理论及空载并网研究
• 2.1 交流励磁双馈风力发电机变速恒频理论
• 2.2 双馈风力发电机能量流动与平衡关系
• 2.3 双馈风力发电机数学模型分析
• 2.3.1 三相静止坐标系中双馈风力发电机数学模型
• 2.3.2 两相同步旋转坐标系中双馈风力发电机数学模型
• 2.4 双馈风力发电机空载并网研究
• 2.4.1 双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制概述
• 2.4.2 双馈风力发电机空载并网转子侧控制目标
• 2.4.3 双馈风力发转子电压、电流解耦策略
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于内模控制的双馈风力发电机空载并网策略
• 3.1 内模控制原理
• 3.2 IMC 在双馈风力发电机空载运行控制中的应用
• 3.3 IMC 在双馈风力发电机并网运行控制中的应用
• 3.4 本章小结
• 第4章 双馈风力发电机空载并网系统仿真分析
• 4.1 双馈风力发电机同步旋转坐标系下仿真模型的建立
• 4.2 双馈风力发电机空载并网系统仿真
• 4.2.1 双馈风力发电机空载运行系统仿真
• 4.2.2 双馈风力发电机并网运行系统仿真
• 4.2.3 双馈风力发电机空载并网切换控制系统仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 双馈风力发电机空载并网系统实验研究
• 5.1 双馈风力发电系统实验平台构成
• 5.1.1 IPM 内部结构及其驱动电路
• 5.1.2 DSP 控制器
• 5.1.3 模拟信号采样电路
• 5.1.4 保护电路
• 5.2 双馈风力发电机空载并网的软件实现
• 5.2.1 初始化设计
• 5.2.2 三相软件锁相环数字设计
• 5.2.3 转子位置和速度检测
• 5.2.4 空载并网控制系统程序框图
• 5.3 双馈风力发电机空载并网实验波形分析
• 5.3.1 智能功率模块（IPM）驱动波形
• 5.3.2 三相锁相实验波形
• 5.3.3 双馈风力发电机空载运行实验波形
• 5.3.4 双馈风力发电机并网发电实验波形
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介