直驱型风力发电系统机侧三电平变换器及其控制技术研究

摘要

全功率变换器是直驱型风力发电系统的核心部分,在单台风机容量不断增大的趋势下,对全功率变换器容量、耐压等级的要求越来越高。本文主要设计直驱型风力发电系统机侧三电平变换器,研究其控制技术,并通过仿真验证控制策略的正确性和有效性。本文的研究将为高压大功率三电平变换器应用到直驱型风电系统中奠定一定的理论与技术基础。
　　本文首先简要介绍了课题的背景、目的及意义和三电平变换器的主要拓扑结构,从现有典型风电机组拓扑结构、直驱型风电机组拓扑结构以及直驱型风电机组控制策略三个方面综述了直驱型风力发电系统国内外研究现状。
　　其次,简要分析了二极管箝位型三电平变换器的工作原理,根据本文所用直驱型风机的实际参数,设计了三电平变换器的主电路和驱动电路;详细推导了三电平SVPWM的调制算法,并在MATLAB/Simulink仿真环境下,搭建了三电平SVPWM逆变器的仿真模型,验证了三电平SVPWM调制算法的正确性。
　　再次,建立了风力机、永磁同步发电机以及机侧三电平变换器的数学模型;在此基础上,研究了id=0的转子磁场定向矢量控制策略及其中的PI控制器参数设计方法;为了降低系统的成本,提高系统可靠性,研究了采用滑模观测器与软件锁相环(SMO-SPLL)相结合的方法,估计PMSG的转速和转子位置信息,实现了无位置传感器的转速控制。
　　最后,在MATLAB/Simulink仿真环境下,搭建了直驱型风力发电系统机侧部分的仿真模型,进行了仿真研究。仿真结果表明,采用 SMO-SPLL方法能够准确有效的估计发电机的转速及转子位置信息,由此构成的转子磁场定向矢量控制可以实现对PMSG的高性能控制。

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第一章 引言

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 多电平变换技术概述

1.3 直驱型风力发电系统国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 直驱型风电系统机侧三电平PWM变换器设计

2.1二极管箝位型三电平PWM变换器的工作原理

2.2三电平变换器电路设计

2.3三电平SVPWM的调制算法

2.4二极管箝位型三电平SVPWM的仿真研究

2.5 本章小结

第三章 直驱型风力发电系统机侧变换器控制策略研究

3.1 风电系统机侧部分建模

3.2 基于转子磁场定向矢量控制研究

3.3 基于SMO-SPLL的无位置传感器控制策略研究

3.4 仿真研究

3.5 本章小结

第四章 总结

参考文献

附录A 合成参考矢量的基本矢量及其作用时间

附录B 区域的矢量状态次序表

附录C 1SP0635X2MX-XXX的参数数据表

致谢

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