风电机组可逆功率变换器PWM控制方法的研究

【摘要】：在新型能源利用率增加的同时,风力发电也在逐年增加,这就加大了对风电机组的容量和效率的要求。在此背景下,本文就如何提高变速恒频双馈风力发电机(DFIG)的可逆功率变换器效率等问题进行了研究。基于省科技发展计划项目,本文首先研究了在目前的形式下适合做可逆功率变换器的五种器件,并且对这五种器件进行了对比,通过对比得出双PWM变换器是目前技术条件下最有优势条件的变换器,而未来发展方向会是多电平式变换器。在双PWM变换器的网侧PWM变换器的研究中,提出了用于负载扰动分析的网侧PWM变换器简化等效电路,深入剖析了网侧PWM变换器在传统控制方式下只有d轴电流可供控制,致使负载突变时动态响应受到限制的问题。对此,提出iq≠0动态变结构控制方案。仿真结果表明,该方案可以较大程度地提高网侧PWM变换器的抗负载扰动性能。对网侧PWM变换器的无电网电压传感器控制技术进行了研究,提出了一种基于虚拟电网磁链定向的无电网电压传感器的矢量控制方案,解决了初始虚拟电网磁链准确观测的难点,使网侧PWM变换器不用对电网电压进行采样即可实现矢量控制,省去了电网电压传感器及其处理电路但并不影响其控制性能,仿真和实验结果验证了所提出方案的良好控制性能。在转子侧PWM变换器的研究中,在电网电压恒定的情况下对DFIG矢量形式的数学模型进行简化,进行了基于定子电压定向的转子电流环控制器的设计研究。深入分析了DFIG风力发电系统最大风能追踪的机理和实现的方案,设计了基于定子电压定向矢量控制、实现最大风能追踪、有功和无功功率解藕的DFIG的控制方案。最后,将分别设计的网侧和机侧组成了整体的可逆功率变换器进行了仿真研究,实验结果显示,本文提出的改进思想是正确的,能够满足DFIG运行中的指标,并且在电网电压稳定时动态和静态性能都很好。由此表明了此设计方案对DFIG来说是正确的。 【关键词】：变速恒频 风力发电 交流励磁 双PWM变换器 矢量控制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM614
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题背景与研究意义7-9
• 1.1.1 国外风电发展情况8-9
• 1.1.2 国内风电发展情况9
• 1.2 风力机类型9-11
• 1.3 主要研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 变速恒频双馈发电系统基本原理及变换器选型13-25
• 2.1 变速恒频运行基本原理13-14
• 2.2 变换器的选型14-22
• 2.2.1 双PWM变换器14-15
• 2.2.2 双源并联型15-17
• 2.2.3 晶闸管变换器17-19
• 2.2.4 矩阵式变换器19-20
• 2.2.5 多电平式变换器20-22
• 2.3 五种变换器比较22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 网侧PWM变换器的设计25-32
• 3.1 主要电路及控制实现25-27
• 3.2 控制目标及运行控制策略27-29
• 3.3 网侧系统的仿真29-31
• 3.4 实验结果分析31-32
• 第四章 机侧PWM变换器设计32-48
• 4.1 机侧的功能与控制32-33
• 4.2 ABC坐标系下的数学模型33-37
• 4.3 DFIG在d、q坐标系下的数学模型37-40
• 4.3.1 坐标变换37-38
• 4.3.2 数学模型38-40
• 4.3.3 DFIG电压方程简化40
• 4.4 电压方程的矢量形式40-42
• 4.4.1 d、q坐标系下的矢量形式40-41
• 4.4.2 DFIG矢量形式电压方程在电网电压恒定下的简化41-42
• 4.5 定子磁连矢量的定向控制42-44
• 4.6 系统仿真44-45
• 4.7 系统仿真结果分析45-47
• 4.8 本章小结47-48
• 第五章 DFIG中可逆变换器的仿真48-55
• 5.1 引言48
• 5.2 系统仿真模型48-51
• 5.2.1 风力机仿真模型48-49
• 5.2.2 系统其它模块仿真模型49-50
• 5.2.3 整机系统仿真模型50-51
• 5.3 仿真结果分析51-53
• 5.4 本章小结53-55
• 第六章 结论55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61
• 作者简介61
• 攻读硕士学位期间研究成果61-62

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