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永磁直驱风力发电机PFC整流器的控制策略

作　者: 马颖涛
导　师: 孙旭东
学　校: 清华大学
专　业: 电气工程
关键词: 永磁直驱风力发电 功率因数校正 无位置传感器 多相永磁同步电机 同步PI电流控制
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


永磁直驱风力发电机组是当今变速恒频风力发电技术中的主要形式之一。随着风力机转速的变化,永磁同步发电机(PMSG)输出交流电压的幅值和频率都在变化,电力电子变换器的任务是将之整流并变换为稳定的直流电,然后再逆变为恒频恒压交流电并入电网。本文重点研究PMSG的整流电路及其控制方法。在分析比较传统整流方案优缺点的基础上,提出以电枢绕组作为升压电感的单相功率因数校正(PFC)升压电路,分别对PMSG每相定子绕组进行整流,再将多个单相PFC电路的输出直流端口并联,组成多相“PFC整流器”。该电路需要的可控开关管数量较少,省去了直流储能电感,不存在桥式电路中的直通问题,具有较强的容错运行能力。电流控制策略是PFC整流器的核心技术。本文基于PFC整流器系统在相坐标系下的数学模型,设计了平均电流控制策略,针对平均电流控制下的过零畸变和PI调节器稳态误差问题分别进行了分析;本文基于PFC整流器系统在坐标变换下的数学模型,提出了同步PI电流控制策略。根据PMSG运行工况和PFC整流器拓扑结构的特殊性,选取了整流控制目标,并进行了静态稳定性分析,进而设计了基波和各次谐波电流独立控制的电流调节器;直驱PMSG的极对数较多,通过编码器直接检测获得转子位置,获得准确的电角度信息十分困难。本文提出并实现了一种适用于PFC整流器控制的无位置传感器算法,简化了发电机系统的结构,提高了其运行可靠性。在三相和六相PFC整流系统实验平台上,对本文提出的多相PFC升压整流器及其控制算法进行了实验研究,验证了电路与控制策略的正确性和有效性。论文研究表明,本文提出的多相PFC整流器电路独特,结构简单可靠。这种新型整流器既能够提供稳定的输出直流电压,也可保证发电机电枢绕组电流接近正弦波,非常适合于永磁直驱风力发电机组的应用场合。

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 整流器
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