变速恒频双馈风力发电机智能控制技术研究

论文摘要

由于常规能源有限以及带来的日益严重的环境问题,大力发展清洁可再生能源迫在眉睫。风能作为廉洁的绿色能源之一越来越受到关注,与其相关风力发电技术也在近年来得到的长足发展并成功投入商业应用。变速恒频双馈风力发电机广泛应用于大容量并网型风力发电系统中,和常规风力发电系统相比,它具有变频器体积小、重量轻、成本低的特点,而且实现了机电系统的柔性连接。本文对变速恒频双馈发电系统及其相关控制技术展开研究。首先对双馈发电机的运行理论进行了分析,对双馈发电机数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导。运用定子磁场定向矢量控制的分析方法,分析了基于定子磁场定向矢量控制的双馈发电机有功功率和无功功率控制数学模型,为全文的研究奠定了理论基础。其次,建立了双馈发电机的预测函数控制模型。根据预测函数控制的机理,推导出采用一个基函数(阶跃函数)情况下的控制解析表达式。基于定子磁场定向矢量控制模型,建立了双馈发电机有功、无功功率的预测函数控制。最后,在理论分析及控制建模的基础上,设计制作了一台基于TMS320F2407数字信号处理器(DSP)的变速恒频双馈风力发电模拟控制系统,并且做了大量实验研究,其中主要包括:变速恒频、恒压、并网控制、功率调节等实验。运行结果表明:所研制的模拟控制系统设计合理,能满足实验研究的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 风力发电在国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 风力发电机组中控制策略研究概述
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 课题来源
• 第二章 风力发电的理论分析
• 2.1 风力机的基础理论
• 2.1.1 贝兹理论
• 2.1.2 风能利用系数
• 2.1.3 风力机的输出功率
• 2.2 双馈发电机的原理及优势
• 2.2.1 双馈发电机的原理
• 2.2.2 双馈发电机的优势
• 2.3 双馈发电机的数学模型
• 2.3.1 三相静止abc坐标系下的数学模型
• 2.3.2 两相同步速旋转内坐标系下的数学模型
• 2.4 双馈发电机的运行特性与功率关系
• 2.4.1 双馈发电机的运行特性
• 2.4.2 双馈发电机的功率关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 风力发电的预测控制技术研究
• 3.1 预测控制概述
• 3.2 预测函数控制基本原理及算法研究
• 3.2.1 基函数的选择
• 3.2.2 参考轨迹
• 3.2.3 预测模型
• 3.2.4 误差补偿
• 3.2.5 预测输出
• 3.3 基于PFC的风力发电机控制技术研究
• 3.3.1 变速恒频的SPWM技术算法
• 3.3.2 负载并网控制研究
• 3.3.3 基于磁场定向矢量控制的发电机P，Q解耦控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 双馈风力发电实验系统设计与实现
• 4.1 主电路硬件的设计
• 4.1.1 变频器容量选择及其驱动电路的设计
• 4.1.2 主电路的结构
• 4.2 信号检测及其处理电路的设计
• 4.2.1 电压、电流传感器连接电路设计
• 4.2.2 峰值检测电路设计
• 4.2.3 相位及功率因素检测电路设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 SPWM的DSP实现
• 4.3.2 SPWM实现变速恒频中断程序设计
• 4.3.3 恒压控制程序设计
• 4.3.4 并网控制程序设计
• 4.3.5 功率调节控制程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果及其分析
• 5.1 变速恒频以及恒压实验
• 5.2 并网实验
• 5.3 功率因数调节实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢