永磁直驱式风力发电系统的研究

论文摘要

本文以永磁直驱型风力发电系统为研究对象,以建模与仿真为主题,分析了风力机的运行特性和永磁电机转子磁场定向id=0矢量控制的基本原理。在此基础上,作者进行直驱风力发电系统模型的搭建,并做仿真研究。文章首先根据风能的捕获特点和风力机的运行方式对风力机进行仿真研究,然后对永磁电机转子磁场定向id=0矢量控制的方法做了深入的分析,设计出永磁电机的矢量控制系统结构,通过仿真总结出永磁电机的控制特性。简要介绍了网侧变换器的基本原理,并结合风力发电系统的要求,通过仿真说明负载变化对网侧变换器影响,直流侧电压有较好的稳定性。而后分析了无需检测风速的风力发电最大风能跟踪控制方案、电机侧变换器控制策略和电网侧变换器控制策略,并对直驱永磁风力发电系统做仿真研究。仿真结果表明整个系统能够实现变速恒频运行,证明了各环节的控制策略在系统中的正确性和可行性。最后,在实验室以TMS320LF2812 DSP为核心进行了网侧变换器的试验研究,试验结果较为理想。图[66]表[3]参[46]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 风力发电的背景与意义
• 1.2 两种风力发电系统类型
• 1.2.1 恒速恒频系统
• 1.2.2 变速恒频系统
• 1.3 直驱式风力发电机组的现状与性能特点
• 1.3.1 国内外直驱型永磁风力发电机组应用状况
• 1.3.2 永磁直驱式风力发电系统的性能特点
• 1.4 直驱型永磁风力发电系统的两种典型结构
• 1.4.1 不控整流+Boost变换器+逆变器结构
• 1.4.2 PWM整流+PWM逆变结构
• 1.5 论文的主要内容与结构安排
• 2 风力机的建模与仿真分析
• 2.1 风能的基础理论
• 2.2 风力机的特性
• 2.3 风力机的建模与仿真分析
• 3 永磁同步电机矢量控制仿真研究
• 3.1 永磁同步电动机基本结构和材料
• 3.2 电机坐标变换
• 3.3 矢量控制
• 3.4 永磁电机的数学模型
• 3.5 PMSM矢量控制系统的构建与分析
• 3.6 系统仿真
• 3.6.1 SVPWM的产生与仿真模型
• 3.6.2 PMSM调速系统模型搭建与仿真
• 4 网侧变换器的控制与仿真
• 4.1 PWM整流器简介
• 4.2 PWM整流器的拓扑结构
• 4.3 两种电流控制策略简介
• 4.4 网侧变换器高低频数学模型
• 4.4.1 三相VSR一般数学模型（ABC坐标系）
• 4.4.2 两相旋转坐标系下三相VSR的低频数学模型
• 4.5 网侧三相VSR仿真研究
• 4.5.1 网侧变换器的系统控制与建模
• 4.5.2 系统仿真
• 5 最大风能追踪控制与系统仿真
• 5.1 VSCF系统最大风能跟踪控制原理
• 5.2 直驱风力发电最大风能追踪控制系统的建模
• 5.2.1 电机侧变换器控制策略与建模
• 5.2.2 电网侧变换器控制策略与建模
• 5.3 系统仿真
• 6 网侧三相VSR实验研究
• 6.1 三相VSR系统的硬件设计
• 6.1.1 系统中检测电路的设计
• 6.1.2 控制电路及电源的设计
• 6.1.3 系统实验硬件结构图
• 6.1.4 主电路器件
• 6.2 网侧变换器实验研究
• 6.2.1 网侧变换器开环实验
• 6.2.2 网侧变换器闭环实验
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间科研成果