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风力发电机组变流器IGBT桥的设计、控制策略的仿真和研究

作　者: 敖远建
导　师: 常黎
学　校: 华中科技大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 网侧变流器机侧变流器仿真双馈感应电机三电平
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于传统能源供应的紧张与短缺，可再生能源在近些年来受到了极大的关注与发展，风能就是其中的佼佼者。风力发电技术也成为了各国专家学者不断探索的热点，这些年世界范围内风力发电装机容量的不断提升，风力发电机的单机容量同时也在不断的增大。研究者对风力发电系统电力电子器件进行着快速而高效的研究开发以便不断的去符合现代电力系统严格的要求，而且也可以提高风电在可再生能源领域中的价格竞争力。在本文中，介绍了风力发电基本知识、风力发电机双馈电机基本原理以及模型、坐标转换的原理、背靠背式双PWM变流器的拓扑结构运行原理等知识并基于双馈感应发电机（DFIG）在dq两相旋转坐标系下的数学模型以及所需的控制策略、风机数学模型以及整流逆变原理上通过在Matlab/Simulink平台下对典型双馈异步变速恒频1.5MW风力发电机进行建模，建立风力发电的能量转换的变流器系统，通过对网侧变流器和机侧变流器的搭建阐述了整个电路系统在整流和逆变下运行的状态，这对于MW级左右的风电系统具有一定的指导意义和学习价值。两侧变流器都采用空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）这一调制方法，采用合适的参数设计来使机侧和网侧运行良好。仿真结果表明当网侧变流器采用定子电压矢量控制策略并为接入电网时，它可以使变流器系统直流电压保持在一个恒定值上从而更好的支持了DFIG变流器的正常运行。机侧变流器在额定风速下采用定子磁链定向矢量控制可以实现最大风能捕获。通过对三电平变流器逆变器部分的电路解释，原理阐述，SVPWM控制方法的推演给出了三电平变流器逆变器单元的仿真电路，并结合其拓扑结构在PSIM平台下给出了仿真模型，并在电路运行之后的结果上给予了一定的分析，三电平变流器逆变器部分每个IGBT得到了分压，开关频率也比两电平变流器要低了许多，综合的总谐波畸变率也变小了很多。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题来源  8
  1.2 选题背景与研究意义  8
  1.3 风力发电大功率变流器综述  8-12
  1.4 本文的主要工作内容  12-13
2 风力发电机与双馈电机的基本原理与数学建模  13-28
  2.1 风力发电机的基础知识  13-17
  2.2 双馈感应发电机原理  17-22
  2.3 坐标变换  22-24
  2.4 双馈发电机在 dq 坐标系下的数学模型  24-25
  2.5 双 PWM 变流器的结构  25-28
3 网侧变流器与机侧变流器  28-52
  3.1 网侧变流器的拓扑结构  28-29
  3.2 网侧变流器的数学模型  29-31
  3.3 定子磁场电压矢量控制原理  31-33
  3.4 双闭环控制系统的设计  33-36
  3.5 空间矢量脉宽调制的原理  36-37
  3.6 空间矢量脉宽调制的快速算法  37-40
  3.7 网侧变流器控制系统的仿真  40-43
  3.8 机侧变流器控制系统的仿真及其组合  43-52
4 三电平变流器的基础研究  52-69
  4.1 三电平变流器的介绍  52-54
  4.2 三电平变流器的控制方法  54-63
  4.3 三电平变流器逆变器的仿真  63-67
  4.4 结论  67
  4.5 展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73-77

风力发电机组变流器IGBT桥的设计、控制策略的仿真和研究

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