双馈风力发电机转子侧变流器控制技术研究

发布时间：2017-07-31 17:35

  本文关键词：双馈风力发电机转子侧变流器控制技术研究

  更多相关文章： 双馈风力发电机 转子侧变流器 磁链观测 矢量控制

【摘要】：风能是可再生能源的一种,具有较大的开发潜能和应用价值,近几年,风力发电系统得到了较快的发展。双馈异步电机风力发电系统具有变频器容量小、有功功率与无功功率可实现单独调节、转速可调范围广等特点,在风力发电系统中得到了广泛的应用。本文以双馈风力发电机为研究对象,对双馈风力发电机转子侧变流器控制技术进行了研究。首先总结了国内外风力发电系统的发展现状和产业化状况,对不同类型的发电机及相应的发电技术特点、控制策略和优缺点进行了分析和总结,并针对国内的地域特点及对电网的发电要求,提出了本文的选题背景和选题意义。然后根据电机基本理论,分析了变速恒频双馈异步风力发电机的数学模型,为了实现有功功率和无功功率的解耦控制,建立了发电机在两相旋转坐标系下的数学模型及转子侧变流器的数学模型,根据电网的性能指标要求,以及传统控制算法所存在的问题,提出采用定子磁链定向矢量控制策略,对定子磁链的估算方法进行了详细的说明,并针对转子侧变流器设计了相应的控制系统,通过对转子电流的控制,使双馈电机输出电压幅值、频率和相位与电网相同,输出有功和无功。其次,传统的风机在采用矢量控制策略时,需要在电机转子上加装角度编码器,用来实时检测电机的转子位置,但是角度传感器增加电机的硬件成本、降低了风力发电系统的可靠性。为了提高双馈风力发电机的作业可靠程度,缩小电机体积,减少支出成本,本研究提出了基于滑模观测器的转子角度位置估算方法。所提出的转子位置观测器结合传统的线性滑模观测器和非线性滑模观测器的优点,具有对参数不敏感、高鲁棒性、和快速收敛的特性,能较准确的估算得到转子位置信息,并通过李雅普诺夫稳定性原理证明了系统足够稳定。最后,本研究构建了以MATLAB/Simulink为基础的仿真系统平台,验证了所提出的方法的有效性,以TI的DSP为主控芯片,搭建了系统硬件调试及试验平台,功率驱动部分采用IPM智能功率模块驱动电路、电平转换电路等,并对本文所提出的控制算法进行了编程实现,最后的实验结果证实了本文所提出控制策略的有效性,为双馈发电机系统的发展提供了一定的理论基础。
【关键词】：双馈风力发电机 转子侧变流器 磁链观测 矢量控制
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 风力发电技术研究现状与发展趋势9-11
• 1.2.1 国外风力发电技术概述9-10
• 1.2.2 国内风力发电技术概述10-11
• 1.3 风电系统对电网的影响11-12
• 1.4 变速恒频风力发电技术12-14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 第2章 双馈式发电机转子侧PWM变换器的数学模型16-22
• 2.1 双馈式感应发电机的数学模型16
• 2.2 三相静止坐标系下的数学模型16-19
• 2.3 两相旋转坐标系下的数学模型19-22
• 第3章 基于矢量控制的转子侧变换器控制策略22-33
• 3.1 双馈式风力发电系统对变频装置的要求22
• 3.2 转子侧变换器定子磁链定向控制策略22-28
• 3.2.1 控制原理23-26
• 3.2.2 双闭环PI调节器参数计算26-28
• 3.3 定子磁链计算28-29
• 3.4 转子侧PWM变换器控制系统仿真29-33
• 第4章 基于快速收敛滑模观测器的无刷双馈感应风力发电机无位置传感器控制33-40
• 4.1 数学模型34-35
• 4.2 快速滑模观测器的设计35-38
• 4.3 仿真结果和分析38-39
• 4.4 结论39-40
• 第5章 转子侧变流器的硬件设计40-58
• 5.1 直流侧电容选取40-42
• 5.2 主控芯片DSP选型42-43
• 5.2.1 数字信号处理器概述42-43
• 5.2.2 TMS320LF2407A数字信号处理器介绍43
• 5.3 外围电路的设计43-46
• 5.4 信号检测电路的设计46-54
• 5.4.1．霍尔传感器的选型46-49
• 5.4.2．变换器的选型49-50
• 5.4.3．运算放大器的选型50-51
• 5.4.4．信号调理电路的设计51-52
• 5.4.5．滤波电路的设计52-53
• 5.4.6．转速监测电路设计53-54
• 5.5 功率开关元件的选取54-57
• 5.5.1．智能功率模块驱动电路的设计55-56
• 5.5.2．IPM模块的保护56-57
• 5.6 电平转换电路57-58
• 第6章 转子侧变流器的软件编程设计58-71
• 6.1 软件流程图的绘制59-65
• 6.1.1 clark、park、k/p转换子程序59-61
• 6.1.2 前馈量计算子程序61
• 6.1.3 PWM生成子程序61-65
• 6.2 软件流程图的绘制65-71
• 第7章 总结与展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录一77-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 冯涛;王同功;;三相感应电动机突加阶跃负载及瞬间断电重新投入电网时的动态仿真[J];电机与控制应用;2013年02期

2 程帅;姜海博;黄进;康敏;;基于滑模观测器的单绕组多相无轴承电机无位置传感器控制[J];电工技术学报;2012年07期

3 鲁文其;胡育文;杜栩杨;黄文新;;永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统[J];中国电机工程学报;2010年33期

4 周天佑;郭育华;;双馈风力发电系统网侧变流器的控制及仿真[J];电气开关;2010年02期

5 赵峰;刘鹏飞;;双馈风力发电机网侧整流器研究[J];兰州交通大学学报;2009年03期

6 解大;张延迟;项真;;三种风力发电机组的建模与仿真[J];能源技术;2008年06期

7 刘其辉;贺益康;赵仁德;;交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制[J];电工技术学报;2008年01期

8 刘其辉;贺益康;张建华;;交流励磁变速恒频双馈型异步发电机的稳态功率关系[J];电工技术学报;2006年02期

9 李晶,宋家骅,王伟胜;大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[J];中国电机工程学报;2004年06期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 方鉴明;100MVA脉冲发电机组双馈调速控制策略及系统研究[D];华中科技大学;2014年

2 罗德荣;Smith单相电动机运行性能分析与控制方法研究[D];湖南大学;2012年

3 王慧敏;双馈风力发电机积分滑模励磁控制与混合粒子群优化设计[D];天津大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋焊坤;笼型感应风力发电机全功率变流系统研究[D];湘潭大学;2012年

2 郝领地;双馈风力发电变流器网侧控制技术的研究[D];西南交通大学;2012年

3 胡世忠;双馈风力发电系统网侧变流器的研究[D];陕西科技大学;2012年

4 李明;基于DSP的双馈发电机励磁与控制研究[D];华北电力大学;2012年

5 姚广秀;双馈型风力发电机组用变流器控制策略的研究[D];山东大学;2011年

6 张宇南;双馈风力发电系统双PWM变换器研究与工程实现[D];湖南大学;2011年

7 胡利民;双馈风力发电机空载并网与转子侧变流器内模控制研究[D];燕山大学;2010年

8 陈曦;双馈风力发电系统双PWM变换器的研究[D];天津大学;2010年

9 刘竞;变速恒频双馈风力发电系统的建模与仿真研究[D];华南理工大学;2010年

10 张奇伟;双馈风力发电系统的PWM变流技术研究[D];浙江工业大学;2009年

，

本文编号：600344