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基于双PWM变换器的直驱型风力发电系统全功率并网变流技术研究

作　者: 董钦
导　师: 苏虎
学　校: 西南交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 直驱型全功率变流器控制策略卸荷电路 Matlab/Simulink
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

风能作为绿色无污染的可再生能源具有良好的发展前景,目前世界各国都日益重视风能的开发和利用。随着风电产业的迅速发展,直驱型风力发电系统以其诸多优点引起了广泛关注,成为当前研究热点之一,而全功率变流器控制技术是直驱型风力发电系统的核心技术。本文以双PWM变换器为研究对象,围绕永磁直驱型风力发电系统全功率变流技术展开研究。首先对永磁直驱同步发电机(PMSG)进行了探讨,包括变速恒频技术的特点、PMSG风力发电系统变换器的拓扑结构,并以基于双PWM变换器拓扑结构的PMSG风力发电系统的变流技术作为本论文研究的核心。其次基于双PWM变换器的永磁直驱同步风力发电系统的工作原理,分析了永磁直驱同步电机系统的数学模型,包括风力机模型、轴系数学模型、全功率变流器的数学模型。然后针对永磁直驱同步电机的双PWM变换器,基于矢量控制技术分析研究了相应的控制策略,重点分析了零d轴电流矢量控制策略和电压定向矢量控制策略,并通过仿真验证了这两种控制策略的有效性。最后,对在电网电压发生跌落故障时直驱型风力发电机网侧变流器的动态运行情况进行了详细的分析,并运用仿真模拟电网电压跌落故障时直驱风力发电统的运行状态,以及分析如果不采取措施可能对风力发电系统所造成的损害。在介绍低电压穿越概念的基础上,分析了一种基于耗能Crowbar加卸荷电路的低电压保护方案,在此基础上设计了一种加卸荷电路的网侧控制策略,通过仿真结果验证了这种方法有效可靠,能够帮助永磁直驱风电机组在电网发生电压跌落故障时实现低电压穿越。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-21
  1.1 选题背景  10-14
    1.1.1 国内外风电产业发展现状及前景  10-12
    1.1.2 风力发电并网机组发展现状及前景  12-14
  1.2 直驱型风电机组全功率变流控制技术研究现状  14-19
    1.2.1 直驱型风力发电系统变流主电路拓扑结构  15-16
    1.2.2 直驱型风力发电系统变流控制技术研究现状  16-19
  1.3 本文的主要工作  19-21
第2章基于双PWM变换器直驱式风电系统结构分析  21-28
  2.1 引言  21
  2.2 风力机的动力学模型  21-22
  2.3 基于双PWM变换器的永磁直驱风电系统的构成  22-23
  2.4 直驱式同步电机在三相静止坐标系下的数学模型  23-25
  2.5 全功率变流器等效电路  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章直驱式风电机组机侧变流控制模型及仿真  28-41
  3.1 引言  28
  3.2 坐标变换原理  28-30
  3.3 直驱式同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型  30-31
  3.4 零D轴电流矢量控制原理  31-33
  3.5 电机侧变流控制系统的仿真及分析  33-40
  3.6 小结  40-41
第4章直驱式风电机组网侧变流控制模型及仿真  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 网侧PWM变流器数学模型  41-45
    4.2.1 在三相静止坐标系下的数学模型  42-43
    4.2.2 同步旋转坐标系下的数学模型  43-45
  4.3 电网电压定向矢量控制  45-46
  4.4 电网侧变流控制系统仿真及分析  46-49
  4.5 小结  49-50
第5章基于耗能CROWBAR保护的低电压穿越技术  50-63
  5.1 引言  50-51
  5.2 电网电压跌落时的风电机组仿真分析  51-57
  5.3 基于卸荷电路的低电压穿越技术  57-60
    5.3.1 双PWM变流器直流环节数学模型  58-59
    5.3.2 直流侧卸荷电路工作原理  59-60
  5.4 中间直流侧加卸荷支路仿真分析  60-62
  5.5 小结  62-63
结论和展望  63-65
参考文献  65-70
致谢  70

基于双PWM变换器的直驱型风力发电系统全功率并网变流技术研究

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