直驱式永磁风电变流系统控制策略研究

摘要

近些年来,新能源技术不断的发展,人们即将进入能源互联网时代,风力发电领域就是其中之一。在风电的发展过程中,海上风力发电和适合超低风速的风电系统发展迅速,同时直驱式风电变流系统己成为了各国研究的热点。在变流系统中,控制系统决定了风电系统的性能,选择合适的控制策略才会使系统发挥出更好的性能。
　　本文首先对直驱式风电系统进行理论分析,分别建立了机侧和网侧变流器的数学模型。对于机侧变流器,先采用矢量控制策略去控制永磁同步发电机,然后加入无位置传感器控制算法。在本文中,研究了基于反正切的滑模观测器算法和基于PLL的滑模观测器算法,针对于这两种算法搭建了MATLAB仿真模型,并对系统在稳态时和动态时的性能进行了分析。在网侧变流器中,本文研究了基于电网电压定向的矢量控制算法和基于电网电压定向的直接功率控制算法,搭建了MATLAB仿真模型。由于并网需要获得准确的电网相位,本文对软件锁相环算法进行详细的分析,分别研究了单同步坐标系下和双同步坐标系下的锁相环算法的性能,对于发生相位突变、电网电压不平衡、电网电压存在谐波和电网电压跌落这几种情况进行仿真,验证是否可以准确地获得相位。
　　最后,根据系统的要求搭建了实验平台,使用采用TI公司的DSP28335编写了发电实验和并网实验的软件程序,在实验平台上对机侧和网侧的控制策略进行验证。对于无位置传感器的算法,本文是在小功率永磁同步电机平台上进行验证的,并对于两种算法获得的转子位置与实际位置进行对比分析,实验结果表明两种方法都可以准确估算出转子的实际位置。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．1 风力发电的发展概况

1．1．2 风力发电系统的主要类型及发展现状

1．2 直驱永磁同步风力发电系统的拓扑结构

1．3 直驱永磁同步风力发电系统控制方法研究现状

1．3．1 网侧变流器控制技术研究现状

1．3．2 机侧变流器控制技术研究现状

1．4 本文主要研究的内容

第2章 变流系统的数学模型与LCL滤波器的设计

2．1 引言

2．2．1 风力机原理及特性

2．2．2 永磁同步发电机的数学模型

2．2．3 机侧PWM变流器和直流母线环节的数学模型

2．2．4 网侧PWM变流器的数学模型

2．3 LCL滤波器模型分析与参数设计

2．3．1 LCL滤波器模型分析

2．3．2 LCL滤波器参数设计

2．4 本章小结

第3章 机侧变流器的控制策略研究

3．1 引言

3．2 机侧变流器的控制策略

3．2．1 最大转矩电流比控制(id=0控制)

3．2．2 恒端电压控制策略

3．2．3 单位功率因数控制策略

3．3 无位置传感器的控制策略

3．3．1 基于滑模观测器+反正切的转子位置估计

3．3．2 基于滑模观测器+PLL的转子位置估计

3．4 机侧PWM变流器的MATLAB仿真

3．4．1 系统仿真模块分析

3．4．2 仿真实验结果分析

3．5 本章小结

第4章 网侧变流器的控制策略与仿真分析

4．1 引言

4．2 网侧PWM变流器的矢量控制

4．2．1 基于电网电压定向的矢量控制

4．2．2 电网电压定向矢量控制的MATLAB仿真

4．3．1 基于电网电压定向的直接功率控制

4．3．2 直接功率控制策略的MATLAB仿真

4．4 软件锁相环的原理与仿真

4．4．1 单同步坐标系下的软件锁相环(SSRF—PLL)

4．4．2 双同步坐标系下的软件锁相环(DDSRF-PLL)

4．5 本章小结

第5章 控制系统的硬件与软件设计

5．1 引言

5．2 控制系统硬件设计

5．2．1 变流器的参数选择‘

5．2．2 驱动电路设计

5．2．3 电流采样电路

5．2．4 电压采样电路

5．2．5 小功率电机驱动电路设计

5．3 控制系统软件设计流程

5．3．1 机侧变流器控制程序

5．3．2 网侧变流器控制程序

5．4 实验分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间所发表的学术论文

致谢