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1.5MW双馈型风机变频器控制系统

作　者: 戴晖
导　师: 沈锦飞
学　校: 江南大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电 双馈感应发电机 定子磁链矢量控制 空间矢量脉宽调制 低电压穿越 CROW BAR PSCAD/EMTDC
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文以1.5MW双馈型风机为研究对象,对1.5MW双馈型风机变频器的控制进行了研究。现有的1.5MW双馈型风机的变频器要实现国家电网对风电场提出的无功功率和有功功率的调节、电网电压和频率的要求和对低电压穿越的要求,必须在控制和硬件电路上采取相应的变化。本文设计了1.5MW双馈型风机变频器的整体硬件电路,满足风机整体工作的稳定性和高效率。为实现LVRT功能,设计了一种新的CROW BAR电路,并对电路的控制电路做了改进。研究了1.5MW双馈型风机变频器系统的控制策略,转子侧变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,网侧PWM变换器采用电网电压定向矢量控制技术,构建了电流内环、电压外环的双闭环PI控制系统,导出了采用转子有功电流和无功电流独立解耦来控制有功功率和无功功率的策略。以PSCAD/EMTDC平台建立了1.5MW双馈电机整体仿真模型。双馈风力发电机组在定子磁链定向矢量控制策略下,完成了有功无功独立控制,变速恒频运行追踪最大风能,控制风电场电压与频率等预期要求。在电网发生接地故障时刻的仿真中,风机能够在CROW BAR帮助下实现低电压穿越,从而验证了1.5MW双馈型风机的抗干扰和暂态稳定性。在实际1.5MW双馈型风力发电整机平台的基础上,进行了风机的整体调试和并网调试,进行了有速度传感器定子磁场定向矢量控制的1.5MW双馈电机的调试,验证了风机并网发电的控制策略和矢量控制原理,在风机并网发电之后,进行了电压和电流的检测。最后给出了调试测量波形和结果分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 开发风电的意义和发展现状  7-8
  1.2 双馈电机调速系统研究现状  8-9
  1.3 1.5MW双馈型风机变频器控制存在的问题  9
  1.4 本文研究的主要内容  9-11
第二章 1.5MW双馈型风机变频器的系统控制和LVRT电路设计  11-29
  2.1 1.5MW双馈型风机系统结构和变频器主电路拓扑  11-13
    2.1.1 1.5MW双馈型风机系统结构  11-12
    2.1.2 1.5MW双馈型风机变频器主电路拓扑  12-13
  2.2 1.5MW双馈电机变频器硬件回路控制  13-17
  2.3 1.5MW双馈电机的运行状态和功率流动关系  17-20
  2.4 转子侧过电压保护电路  20-22
  2.5 LVRT的控制及电路设计  22-28
    2.5.1 LVRT主电路电气拓扑  23-24
    2.5.2 Crow bar控制电路设计  24-26
    2.5.3 直流母线电压过压欠压保护  26-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章 1.5MW双馈型风机变频器的控制策略  29-45
  3.1 1.5MW双馈感应发电机的数学模型  29-32
    3.1.1 1.5MW双馈电机的基本方程式  29-30
    3.1.2 dq同步坐标系下的双馈电机数学模型  30-32
  3.2 转子侧PWM变换器矢量控制  32-36
    3.2.1 定向矢量选择  33
    3.2.2 双馈电机定子磁链定向前馈解耦控制  33-35
    3.2.3 磁链观测器  35-36
  3.3 矢量控制的坐标变换  36-38
    3.3.1 Clarke变换及其逆变换  36-37
    3.3.2 Park变换及其逆变换  37-38
  3.4 网侧PWM变换器的控制  38-43
    3.4.1 网侧PWM变换器的电路拓扑  39-40
    3.4.2 网侧PWM变换器的电网电压稳定性控制  40-41
    3.4.3 电流内环前馈解耦  41-42
    3.4.4 双馈电机变频器频率控制  42-43
    3.4.5 网侧变换器直流电压控制  43
  3.5 系统的总体控制结构  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章 基于PSCAD的1.5MW双馈型风机的仿真研究  45-61
  4.1 1.5MW双馈型风机整体仿真模型的建立  45-51
    4.1.1 风机模型及其各项参数  45-46
    4.1.2 1.5MW双馈型风机模型和变桨系统模型  46
    4.1.3 1.5MW双馈感应发电机模型和变压器模型  46-47
    4.1.4 定子磁链观测器  47-48
    4.1.5 变频器仿真模型  48
    4.1.6 定子侧电压和电流的矢量变化模型  48-49
    4.1.7 变换器无功和有功调节模块  49-50
    4.1.8 PARK矢量变换  50-51
  4.2 1.5MW双馈型风机整体仿真平台  51-56
  4.3 电网电压瞬间跌落时系统运行仿真  56-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章 1.5MW双馈型风机的调试实验结果与分析  61-67
  5.1 双馈型风机整体平台  61-62
  5.2 1.5MW双馈型风机调试结果与分析  62-65
  5.3 本章小结  65-67
第六章 结论与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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