直驱永磁同步风力发电机三电平变流器直接转矩控制研究

发布时间：2020-03-03 21:30

【摘要】：风能作为一种可再生能源,是一种取之不尽用之不竭的绿色环保型能源,它的开发利用对于减少矿物资源的消耗和减小环境污染有着十分重要的意义。直驱永磁同步风力发电系统采用永磁同步发电机与风力机直接相连,减少了齿轮箱等变速环节,提高了系统的可靠性并降低了噪声,具有低速性能好、发电效率高等优点,从而得到了广泛的应用。为了充分利用风能,在额定风速以下,风力发电系统通常根据风速的变化实时调节风力机的转速,获得最隹叶尖速比,实现最大风能跟踪。矢量控制作为交流电机的一种有效控制策略,具有动态性能好等优点,但是其对电机参数依赖性较大,并且需要进行一系列的坐标变换,算法复杂。而直接转矩控制策略具有算法简单、对电机参数依赖性小、动态响应快等优点。为此本文围绕永磁同步风力发电机直接转矩控制开展研究。首先,建立了直驱永磁同步风力发电机的数学模型,并对永磁同步风力发电机工作原理及直接转矩控制策略进行了分析研究。由于直接转矩控制存在转矩脉动较大的问题,本文提出了基于转矩和磁链预测的直驱永磁同步风力发电机直接转矩控制策略,通过对下一时刻的转矩和磁链预测,计算出需要补偿的电压矢量。仿真结果表明该控制策略能够实现最大风能跟踪,并且转矩脉动大大降低。其次,分析了三电平变流器中点电压不平衡所产生的原因及其危害,讨论了各种开关矢量对中点电位的影响。在此基础上,提出了基于小矢量作用时间调整的中点电位平衡控制策略,有效地抑制了小矢量所产生的中点电位波动,但此控制策略无法抑制中矢量引起的中点电位波动。为此,提出了基于变流器直流侧中点电荷量为零(△Q=0)的中点电位平衡控制策略,通过使中点电流为零,实现中点电压波动抑制。仿真结果表明该控制策略能够大幅度减小中点电位波动,并且对输出电压波形有所改善,谐波含量大大降低。最后,在Matlab/Simulink平台上对本文所提出的控制策略进行了仿真分析,验证了控制策略的有效性和正确性。
【图文】：

图 1-2 近年中国新增风电装机容量统计图Fig.1-2 Statistics on new installed capacity of China's wind power in recent years电系统研究现状电系统按照运行方式的不同主要分为两大类：定速恒频风力发电系统

图 1-3 双馈异步风力发电系统Fig.1-3 Doubly fed induction wind power generation system2）直驱永磁同步风力发电系统驱永磁同步风力发电系统主要由风力机、永磁同步发电机、变流器等组成永磁同步风力发电系统典型结构图，，从图可以看出，与双馈异步风力发电
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM315;TM46

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