永磁直驱风电系统的控制策略研究

论文摘要

石化能源的有限性一直是可持续发展的一大命题,当今世界重视环境保护,风能因为其资源丰富和清洁无污染的特点,受到人们的关注。风能发电的机型和拓扑结构多种多样,永磁直驱型同步电机不需要齿轮箱、运行噪音小、维护成本低,是未来风电发展的方向。论文首先分析了国内外在风电技术方面的发展现状,对目前常见的几种拓扑结构进行了简单的介绍。本文选取了背对背双PWM控制结构,能够实现对机侧和网侧的独立控制。在此基础上,本文介绍了矢量控制的基本原理和三种常用坐标系之间相互转换的原理,并对SVPWM调制技术进行了详细的说明；接着分析了三相电压型PWM变流器的基本原理,搭建了机侧和网侧变流器在三相静止坐标系及同步旋转坐标系下的数学模型,以最大风能捕获为目标,对机侧变流器采取电流内环、转速外环的双闭环控制策略,在网侧,则由于要实现单位功率因数控制的控制目标,采取了电流内环、电压外环的控制策略；最后,在电网电压对称跌落的情况下,通过在中间直流环节加入卸荷电路,提高了系统低电压穿越的能力。在理论研究的基础上,综合实际情况,在Matlab/Simulink软件中搭建系统各部分仿真模型,并且在静态和动态的情况下对系统的运行情况进行了仿真验证,通过实验证明了控制策略的正确性,系统能够实现之前确定的控制目标,控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 风电产业的发展现状及前景
• 1.2.1 世界风电产业的发展状况
• 1.2.2 我国风电产业的发展状况
• 1.3 风力发电技术的发展
• 1.3.1 风力发电系统的研究现状
• 1.3.2 直驱型风电系统的拓扑结构
• 1.3.3 低电压穿越技术的研究
• 1.4 本文主要的研究内容
• 第2章 矢量控制技术
• 2.1 坐标变换原理
• 2.2 矢量控制技术
• 2.2.1 SVPWM调制原理
• 2.2.2 SVPWM仿真模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 机侧控制策略
• 3.1 风力机的数学模型
• 3.2 最大风能追踪控制算法（MPPT）的实现
• 3.3 永磁同步发电机数学模型
• 3.4 永磁同步电机的控制策略
• 3.5 系统的仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 网侧变流器的数学模型与控制策略
• 4.1 网侧变流器同步旋转坐标下等效的数学模型
• 4.2 控制策略分析
• 4.3 网侧控制模块的搭建与仿真
• 4.3.1 网侧控制目标的仿真验证
• 4.3.2 电网电压突变时系统的抗扰性
• 4.4 对称故障下的保护策略
• 4.4.1 电网电压对称跌落时风电系统的动态分析
• 4.4.2 卸荷电路的仿真实现
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献