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风力发电系统变流器的DSP控制研究

作　者: 石威威
导　师: 梁晖
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子及电力传动
关键词: 瞬时值电流控制风力发电升压斩波器并网逆变器多重化
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 666次
引　用: 3次
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内容摘要

本文以863计划项目“MW级风力发电机组电控系统研制”为研究背景,介绍了1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统,主要对风力发电系统变流器的控制进行了分析和研究。文章首先对风力发电进行了概述,介绍了风力发电技术两大发展趋势,大功率直驱化和双馈。本课题背景项目1.2MW风力发电变流系统采用的是大功率直驱结构——永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式。针对本文的研究背景,介绍了直驱型风力发电变流器系统的主电路整体结构。随后详细分析了该拓扑结构的控制策略和工组原理。在系统变流器整体结构分析的基础上,引出本文重点研究的两个变流环节的控制:第一部分是系统升压斩波器(AC/DC)的控制,通过分析相关主电路结构、原理,建立了数学模型,引出本文重点研究的瞬时值控制策略的概念和具体实现,并对升压斩波器的瞬时值控制策略进行了详细的高频、低频模型分析和稳态、动态性能分析;第二部分是系统并网逆变器(DC/AC)的控制,通过对逆变器主电路的数学建模和控制要求分析,研究了并网逆变器的瞬时值控制策略,包括电感电流控制内环和直流电压控制外环的具体设计和实现方法。本文针对以上两个风力发电系统变流器环节控制的具体软件、硬件实现,设计了基于DSP TMS320F2812的控制电路板,并给出了相关参数、具体电路原理图说明以及系统控制软件流程图。最后,文章分别给出了升压斩波器的实验波形分析和并网逆变器的实验波形分析。实验结果验证了理论分析,表明本文所研究控制策略具有较好的稳态与动态工作性能,适用于大功率风力发电应用场合。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-19
  1.1 能源危机与风力发电  10-12
  1.2 风力发电的发展趋势  12-14
  1.3 国外风力发电形势与我国风电产业概况和差距  14-18
  1.4 论文主要内容  18-19
2 风力发电变流器系统  19-25
  2.1 风力发电变流器系统实现方案和结构比较  19-21
  2.2 直驱风力发电变流系统主电路结构  21-23
  2.3 直驱风力发电变流系统工作原理分析  23-25
3 风力发电变流系统升压斩波环节控制的研究  25-45
  3.1 升压斩波电路的控制策略分析  25-32
    3.1.1 多重化结构的作用  25
    3.1.2 升压斩波器瞬时值控制策略  25-27
    3.1.3 升压斩波器数学模型的建立  27-29
    3.1.4 低频模型和高频模型的稳态分析  29-31
    3.1.5 闭环跟随性能的动态分析  31-32
  3.2 升压斩波器控制电路硬件及软件设计  32-45
    3.2.1 基于DSP-TMS320F2812的控制电路硬件设计  32-41
    3.2.2 控制电路软件设计  41-43
    3.2.3 部分控制程序段  43-45
4 风力发电并网逆变环节的控制策略  45-68
  4.1 并网逆变器的工作原理  45-57
    4.1.1 电压型三相PWM变流器的主电路结构及工作原理  45-48
    4.1.2 PWM变流器数学模型  48-51
    4.1.3 并网逆变器控制策略研究  51-57
  4.2 瞬时值电流控制  57-60
    4.2.1 电流控制环的设计  57-59
    4.2.2 直流电压环的控制  59-60
  4.3 控制系统硬件和软件设计  60-68
    4.3.1 控制系统硬件  60-61
    4.3.2 基于C语言的控制系统软件设计  61-68
5 实验结果与分析  68-74
  5.1 升压斩波电路试验波形及结论  68-71
    5.1.1 升压斩波电路的单重与三重实验  68-69
    5.1.2 升压斩波电路的开环和闭环控制实验  69-70
    5.1.3 动态跟随性能实验  70-71
  5.2 风力发电并网逆变器瞬时值电流控制的实验波形和分析  71-74
6 结论  74-75
参考文献  75-77
作者简历  77-79
学位论文数据集  79

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