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直驱式风力发电试验平台设计

作　者: 李灿
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: 风力发电试验平台永磁同步发电机变流器 SVPWM DSP
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 79次
引　用: 1次
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内容摘要

虽然风电装机容量不断增长，但是风力发电技术并不完善，因此开展对风力发电技术的研究是很有必要的。本文以甘肃省自然科学基金项目“直驱风电机组并网运行性能与故障穿越控制技术”和甘肃省科技支撑计划项目“大电网并网关键技术研究”为背景，以TI公司的TMS320F2812DSP为控制器，设计一套小功率直驱式风力发电试验平台，为在实验室研究风力发电技术提供实现的载体。本文首先介绍课题研究的目的和意义以及国内外研究现状，分析直驱式风力发电的基本理论，对永磁同步发电机和PWM变流器进行研究，建立它们在三相静止坐标系下和两相旋转坐标下的数学模型，为变流器控制系统的设计奠定理论基础。重点研究试验平台的硬件设计方案，对风力机模拟装置、电力电子变流装置、试验平台检测电路、驱动电路以及控制电路进行设计。通过试验平台各功能模块设计和元器件选型，以TMS320F2812DSP为核心设计试验平台的硬件系统，搭建直驱式风力发电试验平台。对机侧PWM整流器和网侧PWM逆变器的控制方法进行研究，确定试验平台变流器系统的控制方法。试验平台机侧PWM整流器采用基于转子磁链定向的电压外环、电流内环控制，网侧逆变器采用基于电网电压定向的双闭环控制，研究调节器的工程设计方法。在CCS3.3环境下完成系统软件的设计和调试。最后通过整机调试，完成对试验平台的测试，通过对测试结果的分析，验证本系统设计的合理性。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
插图索引  9-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-19
  1.1 课题的背景和意义  12-13
  1.2 风力发电国内外研究现状  13-15
  1.3 风力发电技术概述  15-16
  1.4 试验平台的总体设计  16-18
  1.5 本课题研究的主要内容  18-19
    1.5.1 课题来源  18
    1.5.2 研究内容  18-19
第2章直驱式风力发电基本理论分析  19-28
  2.1 直驱式风力发电系统主电路结构  19-20
  2.2 永磁同步发电机的理论分析  20-24
    2.2.1 永磁同步发电机在 abc 坐标下的数学模型  20-21
    2.2.2 永磁同步发电机在 d/q 坐标系下的数学模型  21-24
  2.3 变流系统的理论分析  24-27
    2.3.1 PWM 变流器的原理  24-25
    2.3.2 PWM 整流器的数学模型  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章试验平台硬件设计  28-42
  3.1 试验平台主电路设计  28-32
    3.1.1 风力机模拟装置  28-29
    3.1.2 试验平台的变流系统  29-31
    3.1.3 交流侧滤波电感和并网变压器  31-32
  3.2 试验平台检测电路设计  32-36
    3.2.1 电压检测电路  32-33
    3.2.2 电流检测电路  33-34
    3.2.3 转子位置角检测电路  34-35
    3.2.4 电网电压同步电路  35-36
  3.3 试验平台控制电路设计  36-38
    3.3.1 试验平台的 DSP 控制器  36-38
    3.3.2 DSP 控制器的电源转换模块  38
  3.4 试验平台驱动电路设计  38-40
  3.5 试验平台的硬件电路连接  40
  3.6 本章小结  40-42
第4章试验平台的控制策略和软件设计  42-60
  4.1 直驱风力发电变流系统的控制策略  42-45
    4.1.1 机侧 PWM 整流器的控制策略  42-44
    4.1.2 网侧 PWM 逆变器的控制策略  44-45
  4.2 变流器双闭环控制结构设计  45-49
    4.2.1 电流内环的设计  46-47
    4.2.2 电压外环的设计  47-49
  4.3 SVPWM 驱动波调制  49-54
    4.3.1 SVPWM 的调制原理  49-52
    4.3.2 SVPWM 波的 DSP 实现  52-54
  4.4 控制系统的软件设计  54-59
    4.4.1 控制系统的主程序设计  54-55
    4.4.2 控制系统的中断服务程序设计  55-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章试验平台测试及结果分析  60-66
  5.1 试验平台的硬件电路构成  60-63
  5.2 试验平台测试及结果分析  63-65
  5.3 本章小结  65-66
结论与展望  66-67
  结论  66
  展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  71

直驱式风力发电试验平台设计

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