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交流异步风力发电机电机侧逆变器的研究

作　者: 赵旭东
导　师: 王湘明
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 风电变流器 直接转矩控制 空间矢量脉宽调制 智能功率模块
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


风电变流器快速稳定的发展是风力发电产业走向朝阳化的源泉。目前,我国风电产业用的变流器90%依赖进口,所以变流器国产化迫在眉睫。本课题依托沈阳工业大学自控技术研究所研发的中小型变速恒频交流异步风力发电机组为背景,重点研究了其发电机侧变流器。利用直接转矩控制技术实现了机侧变流器对发电机转矩或转速的准确快速调节,使发电机的同步转速始终略低于转子转速,让其工作在发电状态。本文针对传统直接转矩控制技术存在的磁链、转矩脉动大等缺点,提出了一种改进的异步风力发电机直接转矩控制方法。首先,摒弃了以往开关电压矢量选择表的方式,采用算法简洁、控制性能更加优越的空间矢量脉宽调制技术;其次,利用转矩模糊PI控制器和磁链PI控制器代替传统的滞环比较器,从本质上避免了因滞环比较器的容差设置对系统各项性能指标的影响。通过对Matlab/Simulink仿真结果的比较表明,本文提出的基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法比传统直接转矩控制方法的定子磁链轨迹更加逼近圆形,系统动态响应更加迅速、鲁棒性更强,电机转矩、磁链以及定子三相电流的脉动都相对较小,从理论上验证了该方法的有效性与可行性。本文还利用改进的直接转矩控制技术,搭建了异步风力发电机电机侧逆变系统的硬件实验平台,其中包括以dsPIC30F6010 DSC为核心的主控系统和以智能功率模块PS21865为核心的驱动系统。并在MPLAB IDE集成开发环境下,运用C语言和汇编语言混合编程的方式对系统的主程序和中断服务程序进行了软件设计。实验结果表明,本文设计的风电变流器输出电压稳定,频率可调,各个电压之间满足120°相位关系,可以使异步电机工作在发电状态,达到了设计的目的。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 选题的背景和意义  10-13
  1.2 风电变流器在国内外发展现状及趋势  13-14
    1.2.1 国外风电变流器的发展现状及趋势  13
    1.2.2 我国风电变流器的发展现状及趋势  13-14
  1.3 课题研究的主要内容  14-16
第二章 异步发电机直接转矩控制原理  16-27
  2.1 空间矢量的定义  16-17
  2.2 坐标变换的基本原理  17-20
  2.3 异步电机的数学模型  20-21
  2.4 直接转矩控制基本原理及其实现  21-26
    2.4.1 直接转矩控制的基本原理  21-22
    2.4.2 定子电压矢量与定子磁链轨迹的关系  22-23
    2.4.3 直接转矩控制的实现  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 电压空间矢量脉宽调制的原理  27-36
  3.1 SVPWM 的基本原理  27-30
    3.1.1 SVPWM 的定义  27
    3.1.2 异步电机定子磁链六边形轨迹形成原理  27-28
    3.1.3 SVPWM 控制的圆形磁链轨迹形成原理  28-30
  3.2 SVPWM 控制算法的研究  30-33
    3.2.1 电压空间矢量扇区的判断  31
    3.2.2 开关电压矢量作用时间的确定  31-32
    3.2.3 开关电压矢量切换点的计算  32-33
  3.3 SVPWM 控制技术的仿真与分析  33-35
    3.3.1 SVPWM 仿真模型的建立  33-35
    3.3.2 SVPWM 仿真波形的分析  35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 基于SVPWM 的异步发电机直接转矩控制系统仿真  36-47
  4.1 异步发电机定子磁链估计模型  36-39
    4.1.1 定子磁链电压-电流模型法  36-38
    4.1.2 定子磁链电流-速度模型法  38-39
  4.2 电磁转矩估计模型  39-40
  4.3 坐标变换模型  40
  4.4 转矩自适应模糊PI 调节模型  40-43
  4.5 直接转矩控制系统的设计与仿真  43-46
    4.5.1 系统框图设计  43-44
    4.5.2 系统仿真模型的搭建  44
    4.5.3 系统仿真分析  44-46
  4.6 本章小结  46-47
第五章 直接转矩控制系统的硬件设计  47-59
  5.1 功率驱动系统设计  47-53
    5.1.1 智能功率模块  48-51
    5.1.2 高速光耦隔离HCPL-4504 电路  51-53
  5.2 控制系统设计  53-58
    5.2.1 以dsPIC30F6010 DSC 为核心的最小系统  54-55
    5.2.2 直流母线电压检测  55-56
    5.2.3 定子相电流检测电路  56-57
    5.2.4 速度编码器接口电路  57-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章 直接转矩控制系统的软件设计  59-65
  6.1 主程序设计  59-60
  6.2 中断服务程序设计  60-61
    6.2.1 故障中断子程序  60
    6.2.2 PWM 中断子程序  60-61
  6.3 实验分析  61-64
  6.4 本章小结  64-65
第七章 结论  65-67
参考文献  67-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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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 > 逆变器
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