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永磁风力发电控制系统的研究

作　者: 刘京波
导　师: 周美兰
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电最大功率跟踪电压前馈矢量控制
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统能源的日渐枯竭和世界环境的日益恶化,促进了新能源的快速发展。风能作为一种储量巨大的清洁能源,对缓解我国目前能源紧张的局势,有极其重要的意义。本文首先介绍了风机的空气动力学原理和最大功率跟踪原理,根据永磁风力发电系统的特点,对比分析了目前常用的两种主电路拓扑,最后确定了前级BOOST电路和后级PWM逆变的主电路结构。在此主电路的基础上分析了BOOST电路的工作原理,针对发电机侧不控整流的特性,本文提出了电压前馈电流环控制策略,根据最大功率跟踪原理,对发电机的输出功率进行了数学建模,推导出在实现最大功率跟踪时的BOOST指令电流;进而阐述了后级PWM逆变器的工作原理,利用开关函数建立了三相逆变器的数学模型,并对逆变器的数学模型进行了坐标变换,通过对交流变量的解耦,设计了电压外环电流内环的双闭环控制策略。最后基于上述控制策略设计了仿真模型,仿真实验验证了控制策略的可行性。在仿真实验的基础上,本文对其控制系统的硬件电路进行了设计,包括系统工作所用的电源电路、直流侧电压检测电路、交流电压电流检测电路、过流检测电路以及用于实现低电压穿越功能的直流侧卸荷电路,并编写了用于实现上述功能的软件流程图。最后对控制器进行了实验验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-12
  1.1 本课题的研究背景及意义  9
  1.2 风力发电在当今社会的发展现状  9-10
    1.2.1 风力发电在世界范围的发展现状  9
    1.2.2 风力发电在中国的发展现状  9-10
  1.3 风力发电系统的两大主流类型  10-11
    1.3.1 双馈感应风力发电系统  10-11
    1.3.2 永磁同步风力发电系统  11
  1.4 本课题研究主要内容  11-12
第2章永磁风力发电系统分析  12-17
  2.1 风力机组特性分析  12-15
    2.1.1 风力机相关理论  12-13
    2.1.2 最大功率跟踪原理  13-15
  2.2 永磁风力发电控制系统拓扑电路  15-16
    2.2.1 背靠背双PWM 逆变结构  15-16
    2.2.2 不控整流+BOOST+PWM 逆变器结构  16
  2.3 本章小结  16-17
第3章永磁风力发电系统控制策略与仿真  17-34
  3.1 BOOST 电路工作原理  17
  3.2 发电机侧控制策略  17-22
    3.2.1 基于电压前馈电流环跟踪控制  18-19
    3.2.2 电流指令的计算  19-22
  3.3 网侧变流器工作原理  22-23
  3.4 网侧变流器控制策略  23-28
    3.4.1 网侧变流器的数学模型  23-26
    3.4.2 网侧变流器的控制策略  26-28
  3.5 仿真分析  28-33
  3.6 本章小结  33-34
第4章控制系统的设计与实现  34-43
  4.1 系统的整体结构  34
  4.2 控制系统硬件电路设计  34-38
    4.2.1 电源电路  34-35
    4.2.2 直流电压检测电路  35-36
    4.2.3 交流电压电流检测电路  36
    4.2.4 过流检测电路  36-37
    4.2.5 中间直流侧卸荷电路  37-38
  4.3 控制系统软件流程图  38-39
  4.4 并网控制器的实验结果分析  39-42
  4.5 本章小结  42-43
结论  43-44
参考文献  44-47
攻读硕士学位期间发表的学术论文  47-48
攻读硕士学位期间取得的成果  48-49
致谢  49

永磁风力发电控制系统的研究

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