永磁直驱风力发电系统变流器优化控制策略研究

发布时间：2017-10-28 06:38

  本文关键词：永磁直驱风力发电系统变流器优化控制策略研究

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【摘要】：全球范围内的环境日益恶化和能源危机的凸显,迫使人类开发利用可再生能源来代替传统的石油、化石等能源。这是世界各国所达成的共识,是未来社会发展不可阻挡的趋势。风能是最常见的可再生能源之一。风电产业具有清洁、可靠、易于安装且不依赖进口等优点,近二十年风力发电技术迅猛地在全球范围内的发展起来。随着风力发电技术的不断发展,永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG)以其效率高、转动惯量小、可靠性高等诸多优点,而被现代风力发电机组所采用。研究永磁式直驱风力发电机的控制策略,从而提高风力发电系统的稳定性和电能质量显得尤为重要。本文针对永磁直驱发电机系统控制的相关问题,采用了一种改进的直接电流控制策略,在电网侧利用PQ控制实现风电机组的并网。并通过在Matlab/Simulink上建立系统的数学仿真模型进行实验调试。经仿真分析,该策略能有效的减小系统谐波和定子电流不平衡问题,提高系统稳定性。另外,基于该策略研制了高效的风电变流器,将其应用到5kW直驱风力发电系统中。经实验测试,所得结果验证控制方法的可行性和高效性,并且该变流器能的减小并网冲击、加快系统动态响、提高并网电能质量。永磁直驱风力发电机具有多变量、非线性及强耦合的特点,因此系统的参数变化会对矢量控制产生影响。本文针对此问题设计了功率滑模控制器,该控制器采用了滞环函数,使状态的交替周期被延迟,在一定程度上解决了系统以极高频率切换的实际问题,系统的轨线将较精确地在滑动流形的给定范围内运动。实验结果表明,系统能够较精确地跟踪给定的有功功率,系统表现出良好的动态性、稳定性和鲁棒性。
【关键词】：永磁直驱风电系统 直接电流控制 变流器控制技术 滑模控制技术
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题背景8-9
• 1.1.1 永磁直驱风力发电系统的特点8
• 1.1.2 永磁直驱风力发电系统的变流器控制技术8-9
• 1.2 风力发电技术的研究现状9-12
• 1.2.1 恒速恒频与变速恒频风力发电系统9-10
• 1.2.2 变频恒速风力发电系统的研究现状10-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-13
• 2 永磁直驱风电系统的基本理论及控制策略13-36
• 2.1 永磁直驱风电系统的原理13-21
• 2.1.1 永磁直驱风电系统的变流器结构原理13-15
• 2.1.2 风力机的数学模型15-17
• 2.1.3 永磁同步发电机的数学模型17-20
• 2.1.4 同步旋转坐标系下PMSG的数学模型20-21
• 2.2 SVPWM控制原理与实现21-29
• 2.2.1 空间电压矢量脉宽调制原理22-25
• 2.2.2 SVPWM控制的MATLAB的仿真实现25-29
• 2.3 电机侧变流器的控制策略29-32
• 2.3.1 电机侧变流器矢量控制29-31
• 2.3.2 改进的机侧变流器控制31-32
• 2.4 仿真结果分析对比32-35
• 2.4.1 机侧仿真32-34
• 2.4.2 改进的直接电流控制策略结果对比34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 风力发电机功率滑模控制器设计36-47
• 3.1 滑模变结构控制技术的基本原理36-40
• 3.1.1 滑动模态的定义及其原理36-37
• 3.1.2 滑模变结构控制的定义37-38
• 3.1.3 滑模变结构控制的设计原理38-39
• 3.1.4 滑模变结构系统中抖振效应39-40
• 3.2 功率动态滑模控制器设计40-42
• 3.2.1 功率动态滑模控制器的设计原理40-41
• 3.2.2 滞环控制函数抑制抖振的实现41-42
• 3.3 采用功率滑模控制器的系统仿真分析42-45
• 3.3.1 有功功率的动态调节仿真42-44
• 3.3.2 发电机转子位置变化响应仿真44-45
• 3.4 本章分析45-47
• 4 并网变流器的工作原理及控制策略47-58
• 4.1 电网侧变流器的基本工作原理47-48
• 4.2 电网侧变流器的数学模型48-52
• 4.3 电网侧变流器的PQ控制52-53
• 4.4 并网仿真结果分析53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 永磁直驱风电系统硬件平台的调试58-63
• 5.1 硬件系统和实验环境58-59
• 5.2 直驱风电系统的实验调试59-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-64
• 参考文献64-66
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况66-67
• 致谢67

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本文编号：1107097