2MW风力发电变桨驱动控制策略研究

发布时间：2017-09-20 10:13

  本文关键词：2MW风力发电变桨驱动控制策略研究

  更多相关文章： 风力发电 感应电动机 风机变桨控制 弱磁控制 转差频率校正

【摘要】：近年来,由于日益严峻的环境问题,以风电和光伏产业为代表的新能源产业迅速崛起。尤其是风力发电产业,大型变流器技术的进步以及风力发电成本的降低,风力发电将迎来大规模开发的阶段,而风机变桨技术作为风力发电的关键技术之一,能够提高风力发电机组的运行效率和运行安全性,将成为研究的热点。本文主要对风机变桨驱动系统进行以下方面的研究:首先,对带有变桨驱动系统的风力发电机组的运行状态进行分析,建立其输入输出数学模型,分析桨距角变化对风力机运行状态的影响。而后建立变桨风力发电机组的仿真模型,对其在不同风力条件下的运行状态进行仿真,研究其功率、桨距角、转矩的输出特性。根据变桨距风力发电系统的仿真结果以及2MW风机发电机组桨叶参数和变桨要求,通过分析和计算确定采用的变桨电机类型以及基本技术参数。根据计算出的技术参数,同时根据实际风场中的实际条件,确定变桨驱动系统所采用的转差频率较正和电压反馈补偿弱磁控制策略。其次,对感应电机数学模型进行分析,建立了转子磁场定下感应电机的数学模型,同时搭建了感应电机间接矢量控制仿真模型,并对转差频率校正算法进行理论分析,在上文基础上搭建仿真模型,对转差频率校正算法的启动特性和转子电阻参数的鲁棒性进行了仿真。对转矩和励磁电流、校正量等关键参数的仿真结果进行理论分析,并与传统算法进行对比,证明了理论分析的正确性。之后,对感应电机弱磁运行状态进行分析,在此基础上对电压闭环反馈补偿的弱磁算法进行研究和分析,搭建仿真模型,并从升速时间、电流畸变和弱磁效果等方面与传统弱磁算法进行了对比,电压闭环反馈补偿的弱磁算法的弱磁效果更好,而且能够消除母线电压跌落对转速的影响。最后,搭建了以英飞凌XMC4200为控制器的实验平台,并完成了风机变桨驱系统控制算法设计。针对转差频率校正算法对变桨驱动系统动态性能以及电机参数鲁棒性的提升进行了测试,并对实验结果进行分析。对电压闭环反馈补偿的弱磁算法,在正常弱磁区运行以及母线电压跌落弱磁区运行时的各项指标进行了测试,并对实验数据进行分析。最后对变桨系统整体进行了实验,实验结果表明,本文设计的风机变桨驱动系统符合2WM风机变桨驱动系统的设计要求,且具有良好的可靠性和应用前景。
【关键词】：风力发电 感应电动机 风机变桨控制 弱磁控制 转差频率校正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.1.1 国内外风力发电产业发展状况9-10
• 1.1.2 风机变桨距技术10-11
• 1.2 国内外发展现状11-12
• 1.3 变桨驱动控制系统关键技术12-14
• 1.3.1 变桨控制电机选择12-13
• 1.3.2 感应电动机矢量控制技术13
• 1.3.3 风机变桨驱动系统技术难点13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 变桨距系统建模与仿真分析16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 变桨距风力机系统工况分析16-17
• 2.3 风力机对变桨系统的要求17-19
• 2.4 变桨距风力机组的优势19
• 2.5 变桨距系统设计19-20
• 2.6 变桨距系统建模与仿真分析20-25
• 2.6.1 风速模型建模与仿真20-22
• 2.6.2 变桨距风力机组建模与仿真22-24
• 2.6.3 仿真结果分析24-25
• 2.7 变桨驱动系统参数计算25-27
• 2.8 变桨感应电机驱动策略确定27-30
• 2.8.1 基于q轴磁链分量转差频率校正的感应电机控制策略28
• 2.8.2 感应电机电压闭环补偿弱磁升速策略28-29
• 2.8.3 变桨电机驱动器母线电压确定29-30
• 2.9 本章小结30-31
• 第3章 转差频率校正间接矢量控制策略研究31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 感应电机模型的建立31-35
• 3.2.1 静止坐标系下的数学模型31-33
• 3.2.2 两相旋转坐标系下的数学模型33
• 3.2.3 基于转子磁场定向的解耦模型33-35
• 3.3 感应电机间接矢量控制策略研究35-39
• 3.3.1 感应电机间接矢量控制原理35-36
• 3.3.2 间接矢量控制方案设计与仿真36-39
• 3.4 使用转差频率校正的感应电机间接矢量控制策略39-46
• 3.4.1 转差频率校正控制策略研究39-42
• 3.4.2 算法稳定性分析42-43
• 3.4.3 校正算法仿真分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 电压反馈补偿弱磁控制策略研究47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 感应电机弱磁控制基本理论47-49
• 4.3 电压反馈补偿弱磁算法研究49-52
• 4.3.1 1/ω弱磁方法49-50
• 4.3.2 电压反馈补偿弱磁算法50-52
• 4.4 电压反馈补偿弱磁算法仿真分析52-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 风机变桨驱动控制系统的实现60-75
• 5.1 引言60
• 5.2 硬件系统结构60-63
• 5.2.1 开关电源电路设计61
• 5.2.2 主功率电路及电流检测电路设计61-63
• 5.3 系统软件设计63-66
• 5.3.1 系统主程序设计63
• 5.3.2 程序初始化63-65
• 5.3.3 中断程序设计65-66
• 5.4 实验结果与分析66-74
• 5.4.1 转差频率校正算法实验结果及分析67-70
• 5.4.2 电压闭环反馈补偿弱磁算法实验结果及分析70-73
• 5.4.3 变桨驱动器性能总体测试73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文80-82
• 致谢82

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本文编号：887453