永磁直驱风力发电变流器的研制

摘要

可再生能源的开发利用一直备受关注，而风能是其中最廉价、最有希望的绿色能源。直驱型风力发电系统由于其独特的优势，已成为风电技术领域的重要发展方向和研究热点，而交流器是现代风力发电中必不可少的器件，它的结构及控制是风电系统中的关键技术之一。目前我国虽然风电装机容量巨大，但直驱风力发电系统变流器技术不够成熟，依然和国外先进技术存在一定差距，因此永磁直驱风电变流器的研究具有重要意义。
　　本课题首先详细比较了四种风力变流器的拓扑结构的优缺点，并选取双PWM变流器为本文研究的对象，针对永磁同步发电机，给出了其在不同坐标系下的数学模型;其次在变流器的控制上，采用了SVPWM控制方法，并在MATLAB中搭建了SVPWM仿真模块，在机侧控制上采用d轴电流为零的控制方法，通过控制q轴电流实现对发电机的最大转矩和效率的控制，网侧采取电压外环电流内环，确保直流母线电压恒定和并网功率因数可调控制，并分别对机侧和网侧的PI参数进行了计算;最后在MATLAB中分别搭建了机侧和网侧的仿真模型，将其分别进行仿真并验证控制策略的正确性，最后进行整体并网仿真，分析仿真波形，验证系统整体控制的稳定性和正确性。
　　在以上研究的基础上，最后在直驱风电实验平台上进行了调试，给出了调试波形，验证了系统的稳定性和控制策略的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 全球风力发展现状

1．1．2 国内风力发展现状

1．2 大型风电场并网设计技术规范

1．3 永磁发电机的发展概述

1．4 课题目的和意义

1．5 论文的主要工作

2 直驱风电系统的基本理论及结构

2．1 直驱风电系统的原理

2．2 直驱风电系统的结构

2．2．1 现代直驱风力发电系统结构

2．2．2 直驱风力发电变流器的研究现状

2．3 风力机的数学模型

2．4 永磁同步发电机的数学模型

2．4．1 坐标变换原理及关系

2．4．2 三相静止坐标系下PMSG基本方程

2．4．3 同步旋转坐标系下PMSG的数学模型

2．5 本章小结

3 直驱风力发电系统的控制策略

3．1 SVPWM控制

3．1．1 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)原理

3．1．2 SVPWM控制的MATLAB的仿真实现

3．2 永磁同步发电机的控制

3．2．1 机侧控制方法

3．2．2 机侧传递函数模型及PI参数计算

3．3 网侧控制

3．3．1 网侧数学模型及控制框图

3．3．2 网侧传递函数模型及PI参数计算

3．4 本章小结

4 直驱风电系统仿真

4．1 网侧仿真

4．2 机侧仿真

4．3 系统整体并网仿真

4．4 本章小结

5 直驱风电系统的硬件平台介绍及调试

5．1 硬件系统的介绍

5．2 直驱风电系统的调试

5．3 本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术论文及科研情况

致谢