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直驱型风力发电变流器及控制系统研究

作　者: 郭逸伟
导　师: 李劲松; 向中凡; 雷玉勇
学　校: 西华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 直驱型风力发电变流器控制系统开关电源 Saber
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着能源问题的日益突出，清洁能源的开发和利用日益被人们所重视，风能的开发利用正成为热点，世界各国把开发利用风能资源作为各国的方向。本文以四川科技支撑计划项目为研究背景，对世界能源的利用现状和各主要国家风力发电的概况进行分析，对未来几年风力发电的发展趋势进行了预测，大型化、直驱化、智能化是风力发电技术的发展方向。论文主要研究了大型直驱风力发电技术，建立风能利用模型，提出了改进的永磁同步发电机控制策略，对直驱型风力发电系统变流器及控制系统进行了理论探讨，搭建了直驱型风力发电机变流器和控制系统硬件电路。根据控制系统对电源的需求设计了宽输入电压范围的辅助电源。论文分析了市场上的风力发电系统变流器拓扑特征，基于永磁发电机理论，建立了直驱型永磁同步发电机的数学模型，提出了基于自适应控制的改进永磁同步发电机控制策略，研究了其运行特性与功率关系，为同步永磁发电机变流器和控制系统的设计提供理论基础。在永磁同步发电机的运行特性及其数学模型的基础上，提出了在永磁同步发电机的运行控制中使用磁场定向的矢量控制技术，形成有功、无功功率解耦控制策略。论文基于DSP TMS320F2812芯片设计了相关控制电路，给出了主要电路结构和相关参数，实现了直驱型风力发电系统变流器及控制系统。针对直驱型风力发电系统对辅助电源的特殊要求，设计了能够适应超宽输入电压范围的的辅助电源，给出了主要电路图和设计参数，并在Saber仿真环境下进行了仿真，结果证明，该辅助电源能够很好的满足需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 全球风能利用现状  10-12
  1.3 我国风能利用现状  12-13
  1.4 国外风力发电技术发展及趋势  13-14
    1.4.1 风力发电发展历史  13
    1.4.2 风力发电的发展趋势  13-14
  1.5 我国风电技术发展情况  14-15
  1.6 本文的主要研究内容  15-16
2 直驱型风力发电系统研究  16-34
  2.1 恒速恒频风力发电系统  16-18
  2.2 变速恒频风力发电系统  18-21
  2.3 直驱型风力发电系统  21-33
    2.3.1 直驱型风力发电系统的风力机  22-25
    2.3.2 同步发电机  25-33
  2.4 本章小结  33-34
3 直驱型风力发电控制系统  34-46
  3.1 偏航和自动解缆控制系统  34-35
  3.2 变桨距控制系统  35-36
  3.3 永磁同步发电机机侧控制  36-40
  3.4 基于背靠背拓扑的并网控制  40-44
  3.5 风电机组控制  44-45
  3.6 本章小结  45-46
4 变流器及控制系统的硬件设计  46-59
  4.1 直驱型风力发电系统的拓扑结构  46-49
  4.2 变流器及控制系统的硬件设计  49-58
    4.2.1 IGBT及其驱动电路设计  49-51
    4.2.2 TMS320F2812 数字信号处理器  51-53
    4.2.3 TMS320F2812 的主要外部设备  53-54
    4.2.4 PWM信号单元  54-56
    4.2.5 通信协议转换  56-57
    4.2.6 人机界面  57-58
    4.2.7 看门狗电路  58
  4.3 本章小结  58-59
5 系统辅助电源设计  59-84
  5.1 反激开关电源原理  59-61
    5.1.1 开关电源的分类  60
    5.1.2 反激式开关电源原理  60-61
  5.2 辅助电源设计方案  61-69
    5.2.1 输入滤波及误接保护电路  63-65
    5.2.2 功率开关管的选择  65-66
    5.2.3 钳位二极管  66
    5.2.4 开关管驱动电路  66-67
    5.2.5 脉宽调制器芯片选择  67-69
  5.3 反激式开关电源参数的确定  69-77
    5.3.1 设计条件  69
    5.3.2 磁芯的选择  69-71
    5.3.3 初级绕组的电感量  71-73
    5.3.4 输出电路的滤波电容  73
    5.3.5 开关电源滤波电容数值的计算  73-74
    5.3.6 开关电源输出整流二极管的选型  74
    5.3.7 反馈控制电路的设计  74
    5.3.8 反馈控制电路的计算  74-76
    5.3.9 开关电源启动电路  76-77
  5.4 电压变换电路的设计  77-79
  5.5 蓄电池充电和不间断供电电路  79-81
  5.6 仿真结果与分析  81-83
  5.7 本章小结  83-84
6 结论  84-85
参考文献  85-88
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  88-89
致谢  89-90

直驱型风力发电变流器及控制系统研究

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