风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计

论文摘要

目前,能源危机与环境污染已经备受关注,被各个国家提上纪事日程。在众多的新能源中,风能以它可再生、清洁、无污染等特点受到人们的青睐。在风力发电技术上也从独立型逐渐向并网型转变,因此并网技术已成为主流。由于变速恒频具有发电量大,对风电场风速的变化适应性好具有较高的叶尖速比等优点,所以变速恒频必然会取代恒速恒频。实现变速恒频的风力发电机组有很多种,其中永磁同步直驱式风力发电机由于不需要齿轮箱,因而改善风能转换效率,减小维护,降低了噪音,提高可靠性,本文以永磁同步直驱式发电系统为研究对象。本文针对永磁同步直驱式发电双PWM变换器系统,首先在对变速恒频理论研究的基础上,对风力机的数学模型进行了分析,完成了对风力机的最大风力跟踪模拟仿真。由于发电机发出的电随着风速的不断变化,因此就靠控制变换器来实现恒压恒频的电压并送入电网。其次在对永磁同步发电机和变换器的数学模型研究的基础上提出了对整流侧和电网侧变换器分开控制,控制整流器来控制发电机的转速,控制逆变器来实现稳压和恒频的向电网输送电压。并对逆变器侧的直流电容和电感选值给出了范围,在这些理论基础上对逆变器进行了MATLAB/SIMULINK仿真,给出了仿真结果。在前面理论分析的基础上,针对逆变器部分做了硬件和软件的设计。选用智能功率模块(IPM)作为逆变器,采用霍尔电压、电流传感器实现了对电压电流的采样,控制器选用TMS320F2407A,并制作了对采样信号处理电路板、PWM信号处理电路板和传感器电路板,编写了程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 风力发电在国内、外的发展现状及趋势
• 1.2.1 风力发电在国外发展
• 1.2.2 风力发电在国内发展
• 1.3 发展趋势
• 1.4 本文主要工作内容
• 2 变速恒频风电系统及运行原理
• 2.1 引言
• 2.2 风力机风能捕获原理
• 2.2.1 风能计算
• 2.2.2 贝兹理论
• 2.2.3 风力机特征系数
• 2.3 变速恒频运行原理
• 2.3.1 风力发电机调节方式
• 2.3.2 变速恒频调节方式
• 2.3.3 变速运行原理
• 2.4 目前几种变速恒频风电系统
• 2.5 本章小结
• 3 永磁直驱式风电系统发电机侧控制算法研究与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 永磁直驱式风电系统简介
• 3.3 风力机变桨矩控制
• 3.3.1 风力机模型
• 3.3.2 风力机变桨矩控制
• 3.4 永磁同步发电机数学模型
• 3.4.1 坐标变换
• 3.4.2 永磁同步发电机数学模型
• 3.5 控制策略
• 3.5.1 控制目标
• 3.5.2 风力机最大功率跟踪算法（MPPT）及仿真
• 3.5.3 PWM 变流器控制
• 3.6 发电机侧控制算法仿真
• 3.7 本章小结
• 4 直驱式并网逆变器控制算法研究与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 电压型并网逆变器分析
• 4.3 逆变器控制算法
• 4.3.1 电流内环设计
• 4.3.2 电压外环设计
• 4.3.3 逆变器双闭环控制
• 4.4 主要器件交流电感直流支撑电容选择
• 4.4.1 交流侧电感选择
• 4.4.2 直流侧电容选择
• 4.5 逆变器控制算法仿真
• 4.6 本章小结
• 5 直驱式并网逆变器设计
• 5.1 引言
• 5.2 硬件结构框图
• 5.3 硬件电路设计
• 5.3.1 主要器件选型
• 5.3.2 JS158 电源供电电路
• 5.3.3 采样电路
• 5.3.4 采样信号处理与过零检测电路
• 5.3.5 脉冲信号处理电路
• 5.4 软件设计
• 5.5 系统调试
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录