基于DSP的无刷双馈变速恒频风电控制系统的研究

论文摘要

风力发电作为绿色环保的新能源方式,是解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一,最近几年在国际和国内得到了快速的发展,我国的风力发电正迎头赶上,在整个世界风电行业已占有举足轻重的地位。因此风力发电技术的研究也备受关注,而无刷双馈风力发电技术由于其具有无电刷、功率因数可调、效率高及变频装置容量小等诸多的优势,逐渐成为当前风力发电技术的主流。本文以无刷双馈电机（BDFM）为研究对象,主要针对其发展历程、数学模型、控制策略及对应的无刷双馈发电机和风力发电用双PWM变换器的控制技术进行了分析和研究。采取模块化建模的思想,将无刷双馈风力发电机系统分为无刷双馈发电机和双PWM变换器二个子模块,基于这二个子模块的数学模型在Matlab/Simulink环境下建立了各自的仿真模型,并将二个子模块的仿真模型进行整合成了整个无刷双馈风电系统的仿真模型。本文采用基于转子速的d-q轴模型,控制侧变换器采用直接功率解耦控制,内环控制绕组电流,外环控制功率绕组有功和无功功率,为实现最大风能捕获提供的有利条件;网侧变换器的主要功能则是维持直流电容电压的稳定,同样采用双闭环控制,内环为电流环,外环为电压环。仿真结果达到了期望的控制要求,验证了建模和控制策略的正确性。文章最后基于TI的TMS320LF2407A搭建了双PWM变换器,实验结果验证了基于DSP的双PWM变换器能实现能量的双向流通,能满足无刷双馈风电控制系统的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外风力发电发展现状
• 1.1.1 国外风力发电发展现状
• 1.1.2 国内风力发电发展现状
• 1.2 风力发电技术研究概述
• 1.2.1 风力机组的功率调节技术
• 1.2.2 风力发电机发电技术
• 1.3 无刷双馈电机用于风力发电的优势
• 1.4 本文所做工作
• 第二章 无刷双馈电机的理论分析及数学模型
• 2.1 无刷双馈电机的发展历史及研究现状
• 2.1.1 无刷双馈电机的发展历史
• 2.1.2 无刷双馈电机的研究现状
• 2.2 无刷双馈电机的运行及发电原理
• 2.2.1 无刷双馈电机的运行原理
• 2.2.2 无刷双馈电机变速恒频发电原理
• 2.3 无刷双馈电机的模型
• 2.3.1 坐标变换的相关理论
• 2.3.2 三相静止坐标系中的数学模型
• 2.3.3 二相旋转坐标系中的转子速模型
• 2.4 无刷双馈电机运行的仿真
• 2.4.1 单馈异步运行
• 2.4.2 双馈运行
• 2.5 本章小结
• 第三章 无刷双馈电机的控制策略
• 3.1 标量控制
• 3.2 直接转矩控制
• 3.3 基于转子速模型的直接功率控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 风力发电用变换器研究及系统仿真
• 4.1 无刷双馈风力发电机对变频器的要求
• 4.2 双PWM 变换器的模型
• 4.2.1 网侧变换器数学模型
• 4.2.2 控制侧变换器的数学模型
• 4.2.3 中间直流环节的数学模型
• 4.2.4 SVPWM 调制模块
• 4.3 双PWM 变换器的控制设计
• 4.3.1 网侧变换器的控制
• 4.3.2 控制侧变换器的控制
• 4.4 无刷双馈风力发电机控制仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 无刷双馈风力发电控制系统研究
• 5.1 系统的构成
• 5.2 系统硬件
• 5.2.1 DSP 最小系统
• 5.2.2 信号采集及处理电路
• 5.2.3 智能功率模块电路（IPM）及驱动电路
• 5.3 系统软件设计
• 5.4 实验研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要