基于数据流的风电变流器控制软件的设计与开发

【摘要】：当今21世纪，能源危机的影响越来越广泛，渗透到了人们生活的很多方面，影响到了社会经济的进一步发展，但事实是地球上可供人类使用的化石燃料资源是有限的和不可再生的。科学家预计，21世纪最主要的能源是核能、风能、海洋能、太阳能、地热能、氢能和可燃冰，其中风能作为可再生能源的重要组成部分，近年来倍受关注。对于风力发电机组，并网变流系统是决定其输出电能质量的关键环节。 本文的研究对象为风力发电并网变流系统，文中首先介绍了风力发电机组结构及其并网变流系统，在此基础上给出了并网变流系统的控制方案，指出采用PEBB (power electronic building block，电力电子标准模块)进行风力并网变流系统设计的必要性。 PEBB集成模块化设计方法能够克服传统电力电子技术设计灵活性低、复杂程度高等难题，为便于PEBB模块化设计，文中采用了分布式控制结构，将并网变流器系统划分为四个层次：应用控制层、变换器控制层、PEBB控制层以及PEBB层，并对硬件管理层和应用管理层进行了详细的设计。其中，应用管理器实现风力发电机组的整体控制，以保证风力机组能够稳定高效地运行。变换器控制层实现并网变流系统的控制，保证输出电能质量， PEBB控制层实现电力电力器件的控制， PEBB层为底层硬件设置，包括各种信号调理电路、采样电路和保护电路等。各层之间的通信采用光纤CAN总线模式，实现高效稳定的通信。 为了克服传统主程序-子程序软件设计方法开发周期长，复杂程度高和可重用性差等缺点，文中提出了基于数据流的电力电子控制软件设计方法。通过设计并网变流器软件控制的总体结构，将其划分为各个子模块，设计相应的ECO（Elementary Control Object）实现子模块功能，通过数据通道将各ECO模块其按照一定的方式连接，构成数据流图，完成系统级功能，实现对整个变流系统的控制。 【关键词】：风力发电 PEBB 数据流
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46;TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 插图索引10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景和意义12-13
• 1.2 风力发电技术的发展13-15
• 1.3 电力电子构件技术及应用15-19
• 1.3.1 PEBB 设计理念15-16
• 1.3.2 PEBB 在电力电子系统中的应用与研究16-19
• 1.4 数据流软件技术及在电力电子系统的应用19-21
• 1.5 论文的研究内容和结构21-22
• 第2章 直驱永磁风力发电变流系统硬件设计22-40
• 2.1 永磁直驱风力发电机组的组成及原理22-23
• 2.2 直驱永磁风力发电机组变流器主电路拓扑结构设计23-25
• 2.2.1 直驱永磁风力发电机组变流器主电路常用拓扑23-25
• 2.2.2 永磁直驱风电机组变流器主电路拓扑设计25
• 2.3 永磁直驱风电机组变流系统控制方案设计25-30
• 2.3.1 机侧变流器控制方法25-27
• 2.3.2 网侧变流器的控制方法27-29
• 2.3.3 永磁直驱风电机组变流系统控制方案设计29-30
• 2.4 基于 PEBB 的直驱风电机组变流系统硬件设计30-39
• 2.4.1 直驱风电机组变流系统的 PEBB 层次结构设计30-31
• 2.4.2 PEBB 各层功能设计31-32
• 2.4.3 PEBB 层具体设计32-35
• 2.4.4 PEBB 控制层设计35-38
• 2.4.5 变流系统控制层设计38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 基于数据流的电力电子软件设计技术40-49
• 3.1 目前电力电子系统软件设计基本方法40-42
• 3.1.1 “主程序—子程序”软件体系40-41
• 3.1.2 层次体系(Layer-architecture)41
• 3.1.3 数据流软件体系41-42
• 3.2 数据流体系的基本概念介绍42-46
• 3.2.1 基本控制对象(Elementary Control object(ECO))43-44
• 3.2.2 数据通道44
• 3.2.3 数据流程图44-45
• 3.2.4 ECO 模块的实现结构分析45-46
• 3.3 基于数据流的闭环三相逆变器46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 基于数据流的直驱永磁风力发电变流系统控制软件的设计49-62
• 4.1 变流器控制层控制软件设计49-54
• 4.1.1 变换器控制层控制程序文件组成49-50
• 4.1.2 变流器控制层实时控制任务调度处理程序的数据流分析50-51
• 4.1.3 变流器控制层主要程序模块设计与实现51-54
• 4.2 PEBB 控制层控制软件设计54-61
• 4.2.1 PEBB 控制层控制程序文件组成54-55
• 4.2.2 PEBB 控制层实时控制任务调度处理程序的数据流分析55-56
• 4.2.3 变换器控制层主要程序模块设计与实现56-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第5章 基于数据流的直驱永磁风力发电变流系统控制软件实验结果及分析62-66
• 5.1 风力发电变流系统实验平台搭建62
• 5.2 风力发电变流系统实验结果分析62-65
• 5.2.1 有功调节实验结果分析62-64
• 5.2.2 无功调节实验结果分析64-65
• 5.2.3 风力发电变流系统抗干扰性能验证65
• 5.3 本章小结65-66
• 总结66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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