永磁直驱风力发电系统的解析仿真

发布时间：2018-03-21 00:25

  本文选题：永磁同步发电机　切入点：系统　出处：《华北电力大学(北京)》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：永磁直驱风力发电系统中无论机侧还是网侧变流器都是由可关断器件构成,由于器件频繁快速的导通与关断,系统时刻运行在各种不对称与对称交替的复杂瞬态过程中。一般通过传统的数值方法计算系统中每时刻瞬态累积完成系统整体的仿真,但面对规模日趋增大、存在大量变流器的风力发电系统,数值仿真速度极慢。本文对永磁直驱风力发电系统中的永磁同步发电机-整流器系统模型,应用解析法求解该系统模型各种复杂瞬态,并将变流器部分理想开关化处理,为永磁直驱风力发电系统仿真提供一种更为快速的计算方法,来完成特定运行状态下的解析仿真,并研究其仿真计算的快速性。首先,分别介绍了永磁同步电机在三相静止坐标系下、同步旋转坐标系下和空间矢量表示时的数学模型及变换关系。对降低数学模型阶数的空间矢量表示的永磁同步电机瞬态数学模型分别通过解析法和数值法进行计算,并分析两种计算方式各自的特点。其次,根据所确定的系统不同的开关作用时间计算公式及开关序列,得到由不同调制波频率和载波频率所产生SPWM脉冲的方法,并在M文件中编程验证仿真,为后续工作提供基础。然后,通过建立永磁同步发电机-整流器系统的数学模型,分别用解析法和数值法求解得到适用于该系统各种复杂瞬态下的电流表达式,实现以两种不同的方式求解该系统运行过程中的复杂瞬态问题。最后,根据解析法和数值法对该系统的求解所得,并结合系统的开关作用时间及开关序列在M文件中编程,通过对该系统每一开关状态所对应的瞬态的计算,实现该系统在特定工况下的解析仿真和数值仿真。相同工况下,在Simulink仿真环境中搭建相同模型仿真。将Simulink仿真、解析法仿真、数值法中的四阶龙格-库塔法和改进欧拉法在同一工况下仿真时计时,结果显示解析法仿真所消耗的时间最少,体现了解析法计算该系统复杂瞬态时的速度优势。
[Abstract]:In the permanent magnet direct drive wind power generation system, both the machine side and the grid side converter are made up of turn-off devices, because of the frequent and fast turn-on and turn-off of the devices, The system always runs in a variety of complex transient processes of alternating asymmetry and symmetry. The traditional numerical method is generally used to calculate the transient accumulation of the system at every moment to complete the overall simulation of the system, but the scale of the system becomes larger and larger. The numerical simulation speed of wind power generation system with a large number of converters is extremely slow. In this paper, the model of permanent magnet synchronous generator rectifier system in permanent magnet direct drive wind power generation system is solved by analytic method. It provides a faster calculation method for the simulation of permanent magnet direct drive wind power generation system to complete the analytical simulation under the specific operation state, and studies the rapidity of the simulation calculation. In this paper, the permanent magnet synchronous motor in three-phase stationary coordinate system is introduced. The mathematical model and transformation relation in the representation of space vector in synchronous rotating coordinate system. The transient mathematical model of permanent magnet synchronous motor (PMSM), which reduces the order of mathematical model, is calculated by analytic method and numerical method, respectively. The characteristics of the two calculation methods are analyzed. Secondly, according to the different formula of switching time and the switching sequence, the method of SPWM pulse generated by different modulation wave frequency and carrier frequency is obtained. The simulation is verified by programming in M file, which provides the foundation for the following work. Then, the mathematical model of permanent magnet synchronous generator rectifier system is established. The current expressions suitable for various complex transient conditions of the system are obtained by analytical method and numerical method respectively, and the complex transient problems in the operation of the system can be solved in two different ways. Finally, According to the solution of the system by analytic method and numerical method, combined with the switching time and switching sequence of the system programmed in M file, the transient calculation of each switching state of the system is carried out. The analytical simulation and numerical simulation of the system under specific conditions are realized. Under the same working condition, the same model simulation is built in the Simulink simulation environment. The Simulink simulation and analytical simulation are used to simulate the system. The simulation time of the fourth order Runge-Kutta method and the improved Euler method in the numerical method is in the same condition. The results show that the analytical method consumes the least time in the simulation, which reflects the advantage of the analytical method in calculating the velocity of the complex transient state of the system.
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM614

【参考文献】

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本文编号：1641457