基于功率协调控制的永磁直驱风力发电机仿真研究

摘要

随着全球资源问题越来越严重，绿色可再生能源被越发重视，风电作为资源广泛、绿色无污染的清洁能源开始大规模的发展。永磁直驱风力发电系统现阶段机组容量和市场规模还比较小，但是其转换效率高、可靠性高、控制灵活而且非常适合我国大量的低风速风场，更加匹配国情。因此研究永磁直驱风力发电系统具有非常重要的意义，本文主要围绕控制策略方面展开研究。
　　本文首先研究了永磁直驱风力发电机的工作原理和运行特性，并分别对风力机、永磁同步发电机和PWM(Pulse-WidthModulation)变换器建立了数学模型。分析了风能跟踪的原理，为了采用矢量控制策略，重点对PWM变换器和永磁同步电机的数学模型进行了从abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换和分析。
　　然后对最大风能跟踪进行了分析，对电机侧采用了最佳叶尖速比的方法，具体实现为电机侧PWM变换器采用零d轴电流矢量控制加转速外环。电网侧变换器为了稳定直流侧和调节有功功率及无功功率使用了基于电网电压定向的矢量控制技术和电压外环的控制方式。针对风速突变时直流侧电压会因为电容的惯性作用出现波动的情况增加了功率协调控制策略，即将电机功率前馈至电网侧变换器进行修正，并对电机侧变换器功率的变化率进行限制，达到稳定直流侧电压和电网输出电流的作用。
　　最后采用PSCAD/EMTDC软件作为平台，建立了1.5MW永磁直驱风力发电系统的仿真模型，对本文提出的电机侧和电网侧的控制策略进行了仿真实验，验证了策略的有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外的风力发电现状和趋势

1．3 永磁直驱风力发电机特点和发展情况

1．3．1 恒速恒频与变速恒频风力发电机

1．3．2 永磁直驱风力发电机的发展

1．4 论文主要的研究内容

第2章 永磁直驱风力发电机组的数学模型

2．1 风力机模型

2．2 机械传动环节模型

2．3 永磁同步发电机的数学模型

2．3．1 永磁同步发电机在三相静止坐标系下的模型

2．3．2 永磁同步发电机在dq旋转坐标系下的模型

2．4 双PWM变换器的数学模型

2．4．1 PWM变换器的基本原理

2．4．2 三相VSR的数学模型

2．5 本章小结

第3章 电机侧与电网侧变流器的控制分析

3．1 电机侧变换器控制策略

3．1．1 最大风能跟踪

3．1．2 永磁发电机的矢量控制

3．2 电网侧变换器控制策略

3．3 功率协调控制策略

3．3．1 机侧和网侧变换器功率特性分析

3．3．2 电网侧功率协调

3．3．3 电机侧功率协调

3．4 本章小结

第4章 系统控制策略的PSCAD仿真分析

4．1 永磁直驱风电系统仿真参数设定

4．2 永磁直驱风电系统仿真模型的设计

4．2．1 风力机及永磁同步发电机模型

4．2．2 电机侧及电网侧变换器模型

4．2．3 电机侧控制模型

4．2．4 电网侧控制模块

4．3 系统仿真结果与分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢