双馈风力发电机组转子励磁控制的实验研究

摘要

众多清洁能源中，风能最具开发潜力。风力发电作为一种能很好解决环境污染和能源短缺的发电方式，近年来受到人们的广泛关注。双馈发电机组作为当前的主流机型，具有机电系统柔性连接，较高的效率以及励磁变流器容量小的特点，其转子励磁控制技术也是当前的研究重点。本文主要围绕双馈风电机组转子励磁控制及励磁交流器的设计展开研究。
　　论文首先对交流励磁技术的发展现状及励磁变流器在风力发电中的应用做了简要叙述和归纳。接着对双馈电机的基本工作原理和数学模型进行了说明，根据磁场等效、功率恒定原则，阐述了其数学模型从三相静止坐标系到两相同步旋转坐标的变换方法和基于定子磁链定向的矢量控制策略。然后介绍了背靠背电压型交流器的基本原理和组成结构，对SVPWM原理及控制算法进行了详细说明，并完成了基于标准化模型的SVPWM在simulink下的仿真实现。
　　接着对实验室双馈电机励磁实验系统的组成结构和设计进行了详细介绍，并对其进行了改建。对风力机模拟拖动单元、转子交流励磁单元、PLC监控单元以及数据采集单元进行了说明。针对PLC采样速度慢的问题，探讨了基于DSP的数据采集装置的设计方法。
　　最后，在DSP上实现了基于标准化模型SVPWM的产生和进行了AD采样软件校正实验。根据实际情况，提出了一种恒频调压、恒压调频的励磁控制方法并结合实验平台进行了转子励磁实验，该方法可以实现对变流器输出电压和输出频率的分别控制，能够满足双馈电机励磁控制的基本需要。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究的背景及意义

1．2 交流励磁控制技术的发展

1．3 变流器在风力发电中应用现状

1．4 论文研究内容和完成的工作

第2章 双馈电机励磁控制理论

2．1 双馈发电机的工作原理

2．2 双馈发电机的数学模型

2．2．1 三相静止坐标系下模型

2．2．2 两相同步旋转坐标系下的数学模型

2．3 基于定子磁链定向的矢量控制

2．3．1 定子磁链定向

2．3．2 定子磁链定向后的双馈电机模型

第3章 双馈风电机组变流器的控制

3．1．交直交电压型变流器的拓扑结构

3．2 空间矢量PWM控制

3．2．1 SVPWM的原理

3．2．2 SVPWM的法则推导

3．2．3 SVPWM控制算法

3．3 基于simulink的SVPWM仿真实现

3．4 本章小结

第4章 双馈风电机组励磁实验系统设计

4．1 励磁实验系统的组成结构

4．2 风力机模拟拖动单元

4．2．1 拖动变频器

4．2．2 拖动电机及齿轮箱

4．2．3 风力机仿真部分

4．3 交流励磁单元

4．3．1 励磁变流器

4．3．2 再生能量回馈装置

4．3．3 双馈发电机

4．4 PLC监控单元

4．5 数据采集单元

4．5．1 传感器部分

4．5．2 基于DSP的数据采集装置

4．6 本章小结

第5章 励磁控制相关实验

5．1 SVPWM技术在DSP上的实现

5．2 ADC模块采样校正实验

5．3 电机转速测量

5．4 一种励磁控制方法

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢