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直驱式风电系统网侧变流器控制策略的仿真研究

作　者: 肖雯娟
导　师: 王晓明
学　校: 兰州理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 风力发电 网侧变流器 空间矢量调制 低电压穿越 无功功率
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在世界工业迅速发展，能源消耗日益增加的今天，风能作为清洁可再生能源中的一种，受到了世界各国的普遍关注，而风力发电技术，正是对丰富的风能资源进行的最直接的利用与最有效的转化。目前，永磁直驱式风力发电系统以其独有的优势成为了研究的热门。本文则通过理论分析及仿真实验对直驱式风力发电系统网侧变流器的结构、控制理论及运行特性进行研究。首先，简要介绍了全功率背靠背双PWM直驱式风力发电系统的工作原理，着重讨论了网侧逆变器在系统中所起到的作用，由此建立了三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。在此基础上研究了基于前馈解耦的双闭环控制方式，给出了控制参数的计算方法。接着，详细介绍了空间矢量脉宽调制算法，对其原理、实现方法按步骤进行分析与研究。其次，对直驱式风力发电系统的低电压穿越能力进行研究，主要讨论电网对称跌落时系统的穿越能力。设计了采用超级电容做储能装置的直流侧保护电路，给出了超级电容的简化模型以及双向变换器的控制流程，同时为了满足风电场对无功功率的需求，提出了无功补偿控制策略。最后，采用不同控制方法对电网电压正常工作及电网电压对称跌落时的直驱式永磁同步风力发电系统网侧变流器的动态性能进行仿真。结果表明：网侧变流器的电流变化及直流母线的电压波动对整个风力发电系统的动态性能影响较大，通过采用双闭环控制策略，调整控制参数，可以使并网电流跟踪电网电压顺利并网，同时稳定直流侧电压；当电网电压跌落较深时，通过采用无功补偿控制策略并辅以直流侧保护电路，不但可以更好的稳定直流侧电压，又可以提供风电场所需的无功功率。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
附图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章 绪论  11-15
  1.1 本课题研究背景及意义  11-12
  1.2 风力发电发展现状  12
  1.3 风力发电网侧逆变器研究现状  12-13
  1.4 风力发电并网现状  13-14
  1.5 本文的研究意义及内容  14-15
第2章 直驱式风电系统网侧变流器数学模型的建立  15-32
  2.1 背靠背双 PWM 直驱式风力发电系统拓扑结构  15
  2.2 网侧逆变器数学模型的建立  15-20
    2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型  16-17
    2.2.2 两相静止坐标系中的数学模型  17-18
    2.2.3 两相旋转坐标系中的数学模型  18-20
  2.3 网侧变流器控制原理  20-23
    2.3.1 电流内环控制  20-21
    2.3.2 电压外环控制  21-23
  2.4 电网电压合成矢量位置跟踪  23-25
  2.5 SVPWM 控制基本原理  25-31
    2.5.1 判断指令电压u *所在扇区  27-28
    2.5.2 计算相邻两开关电压矢量的作用时间  28-30
    2.5.3 电压空间矢量切换点的计算  30-31
  2.6 小结  31-32
第3章 直驱式风力发电机组低电压运行控制技术  32-39
  3.1 网侧变流器动态分析  32-34
  3.2 直驱型风力发电系统低电压保护策略  34-37
    3.2.1 储能元件模型  34-36
    3.2.2 直流侧保护电路工作原理  36
    3.2.3 双向变换器控制原理  36-37
  3.3 静止无功补偿控制策略  37-38
  3.4 小结  38-39
第4章 网侧变流器控制策略的仿真研究  39-50
  4.1 SVPWM 算法的仿真实现  39-41
    4.1.1 判断指令电压u *所在扇区  39-40
    4.1.2 相邻两开关电压矢量作用时间 X、Y、Z 的计算  40
    4.1.3 扇区中基本矢量作用时间T_x 、T_y 的计算  40
    4.1.4 电压空间矢量切换点的计算  40-41
    4.1.5 驱动波形的产生  41
  4.2 锁相环及双闭环控制器的仿真实现  41-42
    4.2.1 锁相环仿真实现  41-42
    4.2.2 双闭环控制器的仿真实现  42
  4.3 网侧逆变器控制策略的仿真验证  42-46
    4.3.1 电网电压正常时系统的并网特性分析  43-44
    4.3.2 电网电压跌落时系统的并网特性分析  44-46
  4.4 运行在不同控制模式下的仿真对比  46-49
    4.4.1 网侧逆变器工作在正常模式下的运行特性  47-48
    4.4.2 网侧逆变器工作在无功补偿模式下的运行特性  48-49
  4.5 小结  49-50
结论与展望  50-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
攻读硕士学位期间发表的论文及成果  57

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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