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永磁直驱风力发电变流技术的研究

作 者: 闫岩
导 师: 李铁才
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 电气工程
关键词: 风力发电 永磁同步发电机 PWM整流器 直接功率控制
分类号: TM614
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 437次
引 用: 3次
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内容摘要


能源和环境是当今人类生存和发展面临的紧迫问题。风能作为一种清洁无污染的能源,引起了人们的高度重视。而风力发电产业则是有利于国计民生、有利于社会和谐稳定发展的产业。直驱式风力发电系统由于采用永磁同步发电机,从而以机械损耗小、运行效率高、维护成本低等特点引起了研究人员的广泛关注。本文以永磁同步发电机变速恒频风力发电变流系统为研究背景,分别对永磁同步发电机可控整流控制和网侧变流器控制进行了研究。论文首先阐述了直驱式风力发电系统的组成结构,对风速、风力机、永磁同步发电机和三相电压型PWM变流器的数学模型进行了详细分析。并详细分析了变桨距控制系统、机侧可控整流系统和网侧逆变系统的实现方法及各个系统之间的联系。其次,详细分析了最大转矩控制策略,提出了改进电流滞环控制,该控制方法的主要特点是抑制动态过程中d轴电流的波动。在MATLAB/SIMULINK环境下构建仿真模型,对比了滞环控制系统和矢量控制系统的动静态性能。针对网侧的控制目标和特点,详细分析了直接功率控制和瞬时功率理论。通过仿真对比分析了电压定向控制系统和直接功率控制系统的动静态性能。在分析机侧控制策略和网侧控制策略的基础上构建直驱式风力发电系统仿真模型,实现系统的最大风能跟踪。最后,构建了基于TMS320F2808 DSP的系统硬件平台,分别对论文中所提到的机侧控制策略和网侧控制策略进行了软件编程。并在小功率实验系统上进行调试和实验验证,给出了实验波形,并对波形进行了详细的分析。实验结果表明,论文所提出的控制策略正确可行,系统具有良好的动态性能和稳态精度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究目的与意义  8
  1.2 风力发电发展现状  8-13
    1.2.1 风力机的分类  9
    1.2.2 速度控制技术发展现状  9-12
    1.2.3 功率控制技术发展现状  12-13
  1.3 论文研究的主要内容  13-14
第2章 直驱式风力发电系统数学模型及控制原理  14-26
  2.1 引言  14
  2.2 直驱式风力发电系统数学模型  14-22
    2.2.1 风速模型  14-15
    2.2.2 风力机模型  15-18
    2.2.3 永磁同步发电机模型  18-20
    2.2.4 变流器模型  20-22
  2.3 直驱式风力发电系统控制系统组成  22-25
    2.3.1 变桨距控制系统  23-24
    2.3.2 机侧可控整流系统  24-25
    2.3.3 网侧逆变系统  25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 直驱式风力发电系统控制策略研究及仿真分析  26-51
  3.1 引言  26
  3.2 机侧控制策略分析及仿真  26-36
    3.2.1 永磁同步发电机最大转矩控制策略  26-30
    3.2.2 机侧控制系统仿真分析  30-36
  3.3 网侧控制策略分析及仿真  36-44
    3.3.1 瞬时功率理论  38-40
    3.3.2 基于瞬时功率检测的直接功率控制  40-41
    3.3.3 网侧控制系统仿真分析  41-44
  3.4 直驱式风力发电系统仿真结果及分析  44-49
  3.5 本章小结  49-51
第4章 基于DSP的控制系统实现  51-61
  4.1 引言  51
  4.2 硬件平台构成  51-53
    4.2.1 永磁同步发电机最大转矩控制实验平台  51-52
    4.2.2 直接功率控制实验平台  52-53
  4.3 软件结构设计  53-54
  4.4 实验结果及分析  54-60
    4.4.1 永磁同步发电机可控整流实验结果  54-57
    4.4.2 并网变流器直接功率控制实验结果  57-60
  4.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
附录  65-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

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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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