学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的研究与开发

作　者: 冯婉
导　师: 黄守道
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 风力发电变速恒频绕线式双馈风力发电机双PWM变换器
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 389次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,对可再生能源的开发利用中,风能由于其突出的优点而倍受关注。交流励磁变速恒频双馈发电机系统是目前最具实用前景的风力发电系统之一,该系统的控制方案缩小了变频器的容量,发电机可以在同步速上、下运行,变速运行范围较宽,其定子输出电压和频率维持不变,可实现有功功率、无功功率的灵活控制,既可调节电网的功率因数,又可以提高系统的稳定性。本文首先对风力发电技术及变速恒频风电技术国内外研究现状作了比较全面的综述,介绍了交流励磁发电机的各种励磁控制策略和发展趋势。通过对交流励磁发电机的三相静止坐标系数学模型和两相旋转坐标系数学模型的研究,采用基于定子磁场定向的矢量控制策略,构建了其有功功率和无功功率解耦控制的双闭环控制方案。利用MATLAB/SIMULINK平台进行了仿真研究,并验证了该方案的正确性,对实际系统的软硬件设计与调试具有一定的指导意义。接着由于励磁变换器是实现双馈发电机控制的关键,对系统的控制性能和发电机输出电能具有决定性的影响。本文基于交流励磁变速恒频风力发电机的运行特性,研究设计了具有能量双向流动功能的双PWM型变换器,讨论了两个变换器在功能和控制上的不同。网侧变换器采用电网电压定向矢量控制和基于功率平衡的负载电流前馈控制技术,实现交流侧单位功率因数和直流母线电压控制;机侧变换器采用DFIG定子磁链定向矢量控制技术,实现发电机P、Q解耦,进而实现最大风能追踪控制。最后本文在仿真基础上对双馈风力发电系统进行了初步设计,系统采用一台绕线式异步电机做发电机,使用双DSP分别控制网侧变换器和转子侧变换器,初步设计了电压电流信号检测电路、通讯接口电路、保护电路、控制程序的主要流程图,并且进行了亚同步、同步、超同步等运行实验,实验波形验证了控制策略的正确性、可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 风力发电的国内外发展现状  11-13
    1.2.1 国外风力发电现状及趋势  11-12
    1.2.2 国内风力发电现状及趋势  12-13
  1.3 风力发电技术发展与概况  13-21
    1.3.1 风力机的基本原理  14-15
    1.3.2 风力机最大风能捕获原理  15-21
  1.4 本文主要研究工作  21-23
第2章交流励磁双馈风力发电系统的基本理论  23-32
  2.1 双馈风力发电机的基本原理  23-24
  2.2 交流励磁发电机的数学模型  24-30
    2.2.1 三相静止坐标系下的交流励磁电机数学模型  24-28
    2.2.2 两相同步速旋转dq 坐标系下的数学模型  28-30
  2.3 交流励磁发电机的能量关系  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章双馈风力发电机励磁控制系统的仿真  32-55
  3.1 交流励磁发电机用交流励磁电源的选择  32-33
  3.2 双PWM 变频器的基本原理  33-46
    3.2.1 三相电压型PWM 整流器及其控制  34-40
      3.2.1.1 三相电压型PWM 整流器基本原理  34-35
      3.2.1.2 三相电压型PWM 整流器的一般数学模型  35-37
      3.2.1.3 三相电压型PWM 整流器控制策略  37-40
    3.2.2 转子侧变换器原理及其控制  40-46
      3.2.2.1 矢量控制概述  40-41
      3.2.2.2 定子磁场定向控制策略  41-46
  3.3 双馈风力发电机双PWM 变换器的仿真  46-51
    3.3.1 网侧变换器的仿真实验  46-48
    3.3.2 转子侧变换器的仿真实验  48-51
  3.4 电网电压故障下双馈电机矢量控制策略的改进  51-53
  3.5 本章小结  53-55
第4章交流励磁发电系统的实现  55-75
  4.1 交流励磁发电系统的控制结构  55-56
  4.2 交流励磁发电系统的硬件实现  56-63
    4.2.1 PWM 变流器交流侧电感的设计  56-57
    4.2.2 PWM 变流器直流母线电容的设计  57
    4.2.3 PWM 变换器的控制电路设计  57-63
      4.2.3.1 TMS320F2812 数字信号处理器  57-58
      4.2.3.2 DSP 工作电源模块  58
      4.2.3.3 智能功率模块(IPM)  58-61
      4.2.3.4 电压电流信号采集  61
      4.2.3.5 硬件保护电路  61-63
      4.2.3.6 串行通讯接口电路  63
  4.3 交流励磁发电系统的软件实现  63-70
    4.3.1 SVPWM 基本原理及数字实现  63-68
    4.3.2 网侧变换器控制程序  68-69
    4.3.3 转子侧变换器控制程序  69-70
  4.4 交流励磁发电系统的运行实验研究  70-74
    4.4.1 网侧变换器的实验结果  71-72
    4.4.2 转子侧变换器的实验结果  72-74
  4.5 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  82

变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的研究与开发

内容摘要

全文目录

相似论文