直驱型风力发电系统电能逆变器的研究

论文摘要

风能资源是无污染的绿色能源,并且在各种发电能源中对环境影响最小。因此,为推动经济社会发展、缓解常规能源资源有限并产生环境污染的问题,风能等可再生资源的开发利用已受到世界各国的高度重视。风力发电系统是把风能转化成电能的有效装置,它广泛的应用在国民经济各个领域中,随着电力电子技术的快速发展,其性能和可靠性也在不断提高。直驱变速恒频风力发电系统由于其效率高,结构简单及稳定运行,是风力发电技术的发展的趋势和当前研究热点之一。本文主要研究基于永磁发电机的直驱风力发电技术。直驱型风力发电系统的PWM逆变器将电能改变为恒频恒压的交流电。所以PWM逆变器的设计和制造是直接驱动型风力发电系统的一个重点和难点。本文对PWM逆变器的结构进行了数学建模,设计了基于SVPWM控制的逆变器闭环控制系统,研究了直驱型风力发电系统的控制策略。首先,设计了直驱型风力发电系统的总体方案,并在分析直驱风力发电系统PWM变换器的几种常用拓扑结构的基础上,设计了lOkW电能变换器主电路,并对主要器件进行了设计和选型。其次,研究了PWM逆变器的控制策略,分析了三相电压型PWM整流器（Voltage Source Rectifer-VSR）拓扑结构的数学模型,根据数学模型进行了PI控制器的设计,并对PI调节器参数整定方法进行了介绍,为控制系统的设计提供了理论依据。另一方面,对PWM逆变器控制系统的硬件和软件进行了设计,硬件部分采用数字信号处理芯片TMS320LF2406作为核心控制器,构造了逆变装置数字控制系统来验证所采用的控制方案。软件部分给出了实现控制思想的程序流程图。所构造的数字控制系统实现了PWM逆变器的闭环控制、SVPWM输出控制及逆变装置电能通道选择、保护、故障处理等功能。最后,对所设计的直驱型风力发电系统进行了实验验证,获得了逆变器控制波形和实验数据,分析了逆变控制器闭环控制系统的稳定性。实验结果验证了分析和设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外风力发电技术研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外风力发电技术发展现状及前景
• 1.2.2 风力发电技术发展趋势
• 1.2.3 风力发电系统分类
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 直驱型风力发电系统总体方案设计
• 2.1 直驱型风力发电系统总体方案
• 2.2 直驱型风力发电系统电能逆变器主电路的设计
• 2.2.1 直驱型风力发电系统常用拓扑结构
• 2.2.2 主电路参数设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 PWM逆变器的控制策略研究
• 3.1 三相PWM逆变器的建模与分析
• 3.1.1 采用开关函数描述的VSR一般数学模型
• 3.1.2 采用占空比描述的VSR一般数学模型
• 3.2 PWM逆变器的控制策略的研究
• 3.2.1 VSR空间矢量PWM（SVPWM）控制
• 3.2.2 PWM逆变器调制算法SVPWM
• 3.3 逆变器闭环控制系统的设计
• 3.3.1 闭环系统建模与仿真
• 3.3.2 数字PID控制算法
• 3.3.3 数字PID调节器参数的整定
• 3.4 本章小结
• 第4章 PWM逆变器控制系统的设计
• 4.1 控制系统硬件设计
• 4.1.1 TMS320LF2406简介
• 4.1.2 控制系统结构及其介绍
• 4.1.3 控制系统整机效果图
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 控制系统程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果及数据分析
• 5.1 PWM逆变器闭环系统控制实验
• 5.1.1 控制系统驱动波形
• 5.1.2 PWM逆变器输出电压启动过程
• 5.1.3 PWM逆变器输出电压波形
• 5.2 PI调节器参数整定
• 5.2.1 PI调节器参数整定实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢