直驱式永磁风力发电机组仿真系统的设计与实现

摘要

随着大型风电机组需求的不断增加，以及海上风机的不断发展，直驱永磁风力发电机组以其可靠性高，运行效率高的优势受到学者的广泛关注。同时LabVIEW仿真软件具有实时性好，精确度高的优点，在风电机组仿真中应用广泛。本文以LabVIEW为仿真软件，基于“风电机组半物理仿真平台研究与开发”项目，实现了直驱永磁风电机组运行状态的实时模拟。
　　本文首先通过深入研究风力机、永磁发电机、双PWM变流器的数学模型和控制策略，利用LabVIEW软件实现了以上三部分的独立仿真和验证，并通过研究直驱风电机组各环节之间的逻辑结构和能量传递关系，实现了风电机组的整机仿真联调。同时，为使仿真平台模型更加完整，本文还建立了带有Chopper电路的网侧变流器数学模型，并利用LabVIEW软件实现了电网电压跌落时的变流器模型仿真。最后，本文针对仿真平台在多种运行状态下的仿真结果做了详细的分析，验证了直驱永磁风力发电机组仿真平台建立的合理性和正确性。
　　为提高仿真系统的运行速率，本文将整机仿真程序放在PXI中运行，并利用UDP通信将仿真数据上传至上位机。为使上位机能实时显示PXI中各仿真参数的运行情况，本文为直驱永磁风力发电机组仿真平台开发了一套智能的上位机监控界面，既能显示各仿真参数的总体运行趋势，又能实现对某一或某几个仿真参数运行情况的可选查看。同时本文还利用LabVIEW TDMS函数实现了仿真数据的实时存储功能和历史数据读取功能，使风电机组上位机仿真平台的功能更加丰富。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 直驱永磁同步发电机的发展

1．3 直驱永磁同步风力发电系统的拓扑结构

1．3．1 直驱永磁同步电机与双馈同步电机的对比

1．3．2 全功率变流器的控制系统

1．4 直驱永磁同步风力发电系统控制方法的研究现状

1．4．1 机侧变流器的研究现状

1．4．2 网侧变流器的研究现状

1．5 LabVIEW仿真软件

1．6 低电压穿越概述

1．7 本文主要研究内容

第2章 风力机的建模与仿真

2．1 引言

2．2 风能利用系数与叶尖速比

2．3 风轮建模

2．4 传动系模型

2．5 变桨控制

2．6 风电机组功率控制

2．7 基于LabVIEW的风力机仿真

2．8 本章小结

第3章 直驱风电系统机侧建模与仿真

3．1 引言

3．2 三相静止坐标系下的永磁发电机数学模型

3．3 基本坐标变换关系

3．4 永磁发电机的dq轴模型

3．5 永磁发电机的控制策略

3．6 三相静止坐标系下机侧变流器的数学模型

3．7 基于LabVIEW的直驱风电系统机侧仿真

3．8 本章小结

第4章 直驱风力发电系统网侧建模与仿真

4．1 引言

4．2 网侧变流器数学模型

4．2．1 三相静止坐标系下网侧变流器的数学模型

4．2．1 网侧变流器的dq轴模型

4．3 网侧变流器控制策略

4．4 SVPWM算法仿真

4．4．1 SVPWM算法的基本原理

4．4．2 SVPWM算法实现

4．5 带有Chopper电路的网侧变流器数学模型

4．6 基于LabVIEW的网侧变流器仿真

4．7 本章小结

第5章 基于LabVIEW的上位机功能设计

5．1 引言

5．2 监控界面设计

5．3 数据存储设计

5．4 应用程序生成

5．5 本章小结

第6章 直驱风电系统仿真结果分析

6．1 引言

6．2 直驱永磁风力发电机组仿真结果分析

6．2．1 发电机转速与运行状态的关系

6．2．2 额定风速以下的仿真结果

6．2．3 额定风速及以上的仿真结果

6．3 网侧变流器仿真分析

6．4 带Chopper电路的直流侧模型验证

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 论文的工作总结

7．2 论文的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢