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PWM整流器直接功率控制的研究

作　者: 殷振环
导　师: 梁晖
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电 PWM整流器直接功率控制开关表改进无电压传感器
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 13次
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内容摘要

PWM整流器具有输出电压恒定、实现单位功率因数运行的特点,甚至可以实现电能回馈电网,真正实现电能的“绿色变换”,提高电能的传输和利用效率,从而解决电网“污染”的问题。符合风力发电并网发电系统的要求.本文首先对PWM整流技术的现状进行了分析,介绍了当前比较新颖的PWM整流器控制策略,并介绍了PWM整流器在风力发电中的应用。文章从理论分析,仿真建模,实验验证三个方面对控制系统进行了研究。文章主要研究电压定向直接功率控制(VO-DPC)和虚拟磁链定向的无电压传感器直接功率控制(VFO-DPC)控制策略,阐述了PWM整流器工作原理及其数学模型,分析了电压定向直接功率控制(VO-DPC)系统的组成,并在传统开关表的基础上,对开关表进行改进,并提出了三状态开关信号的控制策略,控制效果得到了改善。从仿真、实验进行对比分析,验证了其可行性。引入了虚拟磁链的概念,根据直流电压,交流电流和整流器开关状态估算虚拟磁量,给出了虚拟磁链定向的无电压传感器直接功率控制策略,实现了PWM整流器无交流电压传感器控制。仿真与实验验证了该控制策略与电压定向直接功率控制具有类似的控制性能。在MATLAB/SIMULINK环境下,搭建了PWM整流器直接功率控制模型,分别采用基于电压定向的直接功率控制和基于虚拟磁链定向的无电压传感器直接功率控制控制策略进行了仿真验证,分别分析了开关表改进前后,三状态开关信号控制策略、无电压传感器控制策的仿真结果。最后搭建了PWM整流器直接功率控制的实验平台,在调试过程中不断优化控制参数,完成了直接功率控制实验。实验结果表明,基于电压定向的直接功率控制(VO-DPC)具有高功率因数,高效率、算法及系统结构简单,动态响应快等优点。基于虚拟磁链定向的无交流电压传感器直接功率(VFO-DPC)控制可以获得与电压定向直接功率控制同样的控制效果。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11
  1.2 PWM整流技术的现状与分析  11-13
    1.2.1 PWM整流器技术要求  11-12
    1.2.2 PWM整流器控制策略  12-13
  1.3 PWM整流器在风力发电中的应用  13-15
    1.3.1 直驱式风力发电技术  13-14
    1.3.2 双馈式风力发电技术  14-15
  1.4 直接功率控制策略  15-16
  1.5 本文研究内容  16-19
2 基于电压定向PWM整流器直接功率控制(VO-DPC)  19-39
  2.1 PWM整流器工作原理  19-26
    2.1.1 PWM整流器的原理及拓扑结构  19-21
    2.1.2 PWM整流器的数学模型  21-26
  2.2 电压定向直接功率控制  26-33
    2.2.1 瞬时功率的定义  26-27
    2.2.2 直接功率控制方法  27-29
    2.2.3 PWM整流器直接功率控制系统的结构  29-30
    2.2.4 传统开关表构造原理  30-33
  2.3 直接功率控制策略改进  33-39
    2.3.1 改进后的开关表  33-34
    2.3.2 三状态开关信号的控制策略  34-39
3 基于虚拟磁链的无交流电压传感器直接功率控制(VFO-DPC)  39-45
  3.1 虚拟磁链的引入及其功率估算方法  39-41
  3.2 虚拟电网磁链定向下PWM整流器的数学模型  41-42
  3.3 虚拟磁链观测器及初值问题  42-43
  3.4 基于虚拟磁链的无电压传感器直接功率控制系统结构  43-45
4 PWM整流器直接功率控制系统仿真  45-55
  4.1 基于电压定向PWM整流器直接功率系统的仿真研究  45-52
    4.1.1 开关表改进前后的仿真结果及对比分析  46-48
    4.1.2 三状态开关信号的控制策略的仿真结果及分析  48-50
    4.1.3 动态仿真波形  50-52
  4.2 基于虚拟磁链的无电压传感器直接功率仿真研究  52-55
5 系统硬件及软件设计  55-67
  5.1 实验系统主电路及控制系统框图  55-56
  5.2 系统软件设计  56-67
    5.2.1 控制程序模块  56-59
    5.2.2 直接功率控制算法实现  59-63
    5.2.3 基于虚拟磁链的无电压传感器算法实现  63-67
6 实验结果与分析  67-73
  6.1 基于电压定向PWM整流器直接功率的实验结果  67-70
    6.1.1 稳态实验波形  67-69
    6.1.2 动态实验波形  69-70
  6.2 基于虚拟磁链的无电压传感器直接功率实验结果  70-73
7 结论  73-75
参考文献  75-77
作者简历  77-81
学位论文数据集  81

PWM整流器直接功率控制的研究

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