基于双级矩阵变换器的直驱风力发电系统控制研究

论文摘要

目前,基于永磁同步发电机( PMSG)的直驱型风力发电系统发展很快。采用多极永磁同步发电机,由于同步转速低,电机转子可与风力机直接相连,无需增速齿轮箱、维护量小、运行效率高、对电网冲击小,采用永磁同步发电机(PMSG)的直驱型发电机组在低电压运行能力上比双馈型风力发电系统具有更大的优势,同时具备了灵活的无功功率控制能力。永磁直驱风力发电系统的核心部件主要是功率变换器。本文所使用的功率变换器是双级矩阵变换器(Two stage matrix converter,简称TSMC) ,它是一种新型拓扑的功率变换器,具有下列优点:控制自由度大、输出电压和输入功率因数可调;功率可双向流动,具有四象限运行功能。它与传统的back to back变换器相比,由于TSMC不需中间贮能环节(大电容),使其结构紧凑、体积小、效率高,便于实现模块化。由于上述优点,TSMC非常适合作为直驱风力发电系统的功率变换器。本文将TSMC应用于直驱型永磁同步风力发电系统中,並且对基于TSMC的直驱风力发电系统控制策略进行研究。首先,对其电路结构和控制原理进行了分析和讨论,并提出了一种集成控制策略,此策略是通過 TMSC逆变級完成对整個系统的集成控制,它可实現系统的并网控制,最大功率捕获,功率解耦控制,变速恒频控制等,而且它还具有较强低压穿越能力。其次,在此系统的基础上用专家自适应PID代替传统的PID并对此系统进行分析研究。得出使用专家自适应PID能使得系统具有控制快速性好、抗干扰能力强、无超调、鲁棒性好等优点。最后,通过MATLAB仿真软件构建了完整的系统模型,验证了以上结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 风力发电研究背景
• 1.2 直驱风力发电
• 1.3 TSMC 简介
• 1.4 国内外TSMC 直驱风力发电系统研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 TSMC 的双空间矢量调制（DSVM）策略
• 2.1 整流级的空间矢量调制原理
• 2.2 逆变级的空间矢量调制原理
• 2.3 整流级和逆变级的协调控制原理
• 2.4 TSMC 单位功率因数空间矢量调制合理性
• 2.5 DSVM 实现程序分析
• 2.6 仿真分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于双级矩阵变换器直驱风力发电系统的集成控制策略研究
• 3.1 坐标变换原理
• 3.2 TSMC 并网逆变级数学模型
• 3.3 基于逆变级功率控制的最佳风能跟踪策略
• 3.4 专家自适应PID 的控制原理
• 3.5 TSMC 直驱型风电系统的集成控制策略
• 3.6 仿真研究
• 3.7 结论
• 第4章 总结与展望
• 4.1 对本文的总结
• 4.2 展望与进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果