永磁直驱风力发电变流系统的直接转矩控制研究

发布时间：2017-08-07 21:35

  本文关键词：永磁直驱风力发电变流系统的直接转矩控制研究

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【摘要】：随着能源短缺问题层出不穷,风能作为地球表面上一种广泛分布的比较好的绿色能源,受到人们的青睐。而风力发电技术是有效利用风能的方式之一,对于大功率尤其是MW级风电系统控制策略的研究是解决如何快速有效的提高系统运行效率的重要途径。首先,本文介绍了基于直接转矩控制(DTC)的永磁直驱风力发电机组并对其进行详细分析研究。针对传统的DTC控制当中,通常要利用电压积分的方法对定子的磁链进行计算,然而由于积分器存在误差积累和积分饱和等问题,导致对定子磁链的估算不精确,以至于磁链和转矩的脉动较大。另外,使用速度传感器不仅提高了成本而且又会对机组的可靠性产生影响。因此,本文采用扩展卡尔曼滤波(EKF)原理构建了定子磁链以及转速的观测器,加强了对磁链的观测精度,同时完成了对永磁同步发电机(PMSG)的无速度传感器DTC控制,在很大程度上解决了磁链估算不精确以及转矩脉动大的问题。其次,针对风力发电系统中通常需要使用硬件传感器测量风速,从而进行最大风能跟踪(MPPT)控制的问题。设计了一种基于无风速传感器的永磁直驱型风力发电系统DTC控制策略,直接根据PMSG的转速来估算最优转矩给定,通过直接控制PMSG的转矩以及定子磁链幅值来完成机组的最大功率跟踪。RT-LAB是能够直接和MATLAB/Simulink相配合来共同完成对控制系统建模和半实物实时仿真的软件。在该软件上设计完成的控制算法能很好的应用到具体工程当中,既节省了研发时间又减轻了工作量。本文按照RT-LAB硬件实时仿真技术的软件开发流程,搭建了永磁直驱风力发电机组的DTC控制仿真模型。最后通过大量仿真实验证明了本文所采取的控制方案的正确性和有效性。
【关键词】：永磁直驱风力发电变流系统 直接转矩控制 扩展卡尔曼滤波 无传感器控制 MPPT RT-LAB
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSRTACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 风力发电研究背景和现状9-16
• 1.1.1 风力发电研究背景及意义9-10
• 1.1.2 国际风力发电现状10-12
• 1.1.3 国内风力发电现状12-15
• 1.1.4 风力发电的发展趋势15-16
• 1.2 风力发电控制系统研究现状16-21
• 1.2.1 永磁直驱风力发电变流系统的拓扑结构18-19
• 1.2.2 永磁同步发电机直接转矩控制技术19-20
• 1.2.3 无速度传感器技术20-21
• 1.3 本文研究的主要内容21-23
• 第二章 直驱式永磁风力发电机及变流系统建模23-29
• 2.1 直驱型永磁风力发电变流系统的结构23-24
• 2.2 永磁同步发电机的数学建模24-27
• 2.2.1 ABC坐标系下PMSG数学模型24-25
• 2.2.2 α-β 坐标系下的数学模型25-27
• 2.3 电压型PWM整流器27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 永磁直驱风力发电系统的直接转矩控制和仿真分析29-57
• 3.1 永磁同步发电机的直接转矩控制29-30
• 3.2 电压型三相逆变器的工作原理30-32
• 3.3 定子磁链和速度观测器32-35
• 3.3.1 扩展卡尔曼滤波器原理32-33
• 3.3.2 非线性连续系统的线性离散化33-35
• 3.4 直驱式永磁风力发电机的直接转矩控制35-40
• 3.4.1 定子磁链及转矩控制35-38
• 3.4.2 开关电压矢量表的构造38-40
• 3.5 直驱式永磁同步风力发电机的直接转矩控制及仿真研究40-49
• 3.5.1 风力机模型41-43
• 3.5.2 控制子系统模型43-46
• 3.5.3 永磁同步发电机直接转矩控制仿真分析46-49
• 3.6 电网侧变流器控制策略49-56
• 3.6.1 电网侧变流器的数学模型49-51
• 3.6.2 电网电压定向的变流器矢量控制51-53
• 3.6.3 直驱式永磁同步风力发电系统的直接转矩控制仿真研究53-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 基于无风速传感器的风力发电系统最大功率跟踪控制57-64
• 4.1 最大功率跟踪原理57-59
• 4.1.1 最大功率跟踪算法57-58
• 4.1.2 基于无风速传感器的最大功率跟踪控制58-59
• 4.2 基于无风速传感器的最大功率跟踪控制仿真59-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 基于RT-LAB的永磁直驱风力发电系统直接转矩控制的实时仿真研究64-72
• 5.1 RT-LAB简介64-67
• 5.2 基于RT-LAB的永磁直驱风力发电系统的实时仿真67-71
• 5.2.1 基于RT-LAB的半实物实时仿建模67-69
• 5.2.2 基于RT-LAB的实时仿真结果分析69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 研究工作总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 附录78-79
• 攻读硕士学位期间主要研究成果79-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：636850