永磁直驱风力发电HIL仿真系统的设计

发布时间：2017-08-06 15:05

  本文关键词：永磁直驱风力发电HIL仿真系统的设计

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【摘要】：风能作为清洁能源,近年来得到了广泛利用。随着风力发电并网容量渗透率的不断增大,风力发电系统的运行特性对电网安全稳定性的影响逐渐凸显。目前,对于风力发电系统控制策略以及运行特性的研究多采用纯数字仿真软件,不能真实模拟风电变流器控制器的运行特性,不便于新控制算法的验证。有鉴于此,本文利用RT_LAB实时仿真器和数字控制器,设计一套永磁直驱风力发电硬件在环(Hardware in Loop, HIL)仿真系统。论文首先根据永磁直驱风力发电HIL仿真系统的功能需求,制定出HIL仿真系统的软硬件总体设计方案,并对硬件的主控芯片选型做了阐述。其次,详细分析了风速、风力机,以及永磁同步发电机的数学模型,为风力发电系统控制策略的研究改进提供了依据。再次,根据永磁直驱风力发电系统的特点,设计了机侧变流器和网侧变流器的控制策略。机侧变流器采用爬山搜索法实现最大功率跟踪,采用基于转子磁链定向的零d轴电流矢量控制策略实现有功功率和无功功率的解耦控制；网侧变流器采用基于电网电压定向的双闭环控制策略以实现并网。另外,针对电网三相对称零电压跌落故障的特点,采用直流侧卸荷电阻来平衡电容两侧的不平衡能量以实现低电压穿越。然后,根据永磁直驱风力发电HIL仿真系统的功能要求,对仿真平台的硬件和软件进行了设计。硬件方面设计了变流器的控制器硬件电路。软件方面搭建了永磁直驱风力发电系统主功率电路实时仿真模型,设计了变流器控制程序,包括主程序、中断子程序、双闭环控制算法程序、锁相环程序、SVPWM调制程序等。最后,搭建了测试平台,对平台中软件、硬件进行系统调试和测试。测试表明,本文搭建的永磁直驱风力发电系统实时仿真平台能够稳定运行,能够对风力发电系统的控制策略进行快速验证,达到预期设计目的。
【关键词】：永磁直驱风力发电系统 低电压穿越 TMS320F2812 硬件在环 RT_LAB
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 风力发电系统的研究背景11-12
• 1.2 风力发电系统概述12-14
• 1.3 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的研究现状及意义14-16
• 1.3.1 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的研究现状14-16
• 1.3.2 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的研究意义16
• 1.4 论文的研究内容与结构16-18
• 第2章 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的总体设计18-26
• 2.1 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的总体设计18-19
• 2.1.1 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的功能要求18
• 2.1.2 永磁直驱风力发电HIL仿真系统的总体架构18-19
• 2.2 OP5000型实时仿真器介绍19-20
• 2.3 变流器控制器的硬件总体设计20-21
• 2.4 变流器控制器的软件总体设计21-22
• 2.5 变流器控制器主控芯片选型22-25
• 2.6 小结25-26
• 第3章 永磁直驱风力发电系统的数学模型26-33
• 3.1 风力机数学模型26-29
• 3.1.1 风速模型26-27
• 3.1.2 风力机特性及数学模型27-29
• 3.2 永磁直驱风力发电机的数学模型29-32
• 3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型29-31
• 3.2.2 两相同步旋转坐标系下的数学模型31-32
• 3.3 小结32-33
• 第4章 永磁直驱风力发电系统控制策略的研究33-56
• 4.1 机侧变换器的控制策略33-36
• 4.1.1 风力发电系统MPPT控制方法33-34
• 4.1.2 机侧变换器的控制方法34-36
• 4.2 网侧变换器的控制策略36-41
• 4.2.1 网侧变换器的数学模型37-38
• 4.2.2 网侧变换器的控制方法38-41
• 4.3 电压型变换器空间矢量脉宽调制控制技术41-47
• 4.3.1 电压型变换器的控制原理41-44
• 4.3.2 参考矢量所在扇区的判断44-45
• 4.3.3 扇区内相邻两矢量作用时间的分配45
• 4.3.4 空间电压矢量切换点的确定45-47
• 4.4 锁相环控制方法47-48
• 4.5 无电压跌落故障下仿真实验波形48-52
• 4.6 电压跌落故障下仿真实验波形52-54
• 4.7 小结54-56
• 第5章 永磁直驱风力发电HIL仿真系统软硬件设计56-70
• 5.1 变流器控制器硬件设计56-60
• 5.1.1 接口电路56-57
• 5.1.2 电源转换电路57-58
• 5.1.3 交流电流采样电路的设计58
• 5.1.4 交流电压采样电路的设计58-59
• 5.1.5 过流过压复位电路的设计59
• 5.1.6 电流保护电路的设计59-60
• 5.1.7 PWM输出电路的设计60
• 5.2 软件设计60-69
• 5.2.1 软件开发环境介绍60-62
• 5.2.2 系统分布式仿真模型的构建62-65
• 5.2.3 控制器软件设计65-69
• 5.3 小结69-70
• 第6章 永磁直驱风力发电HIL仿真系统仿真分析70-75
• 6.1 仿真方法及仿真参数设置70
• 6.2 并网实验及分析70-71
• 6.3 零电压穿越实验及分析71-74
• 6.4 小结74-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 附录A(攻读学位期间发表的学术论文目录)83-84
• 附录B (硬件系统实物图)84-85
• 附录C (部分源程序)85-89

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本文编号：630299