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基于比例谐振控制的直驱风电变流系统研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 19:05:01
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基于比例谐振控制的直驱风电变流系统研究【摘要】:随着常规能源煤、石油、天然气等越来有限,加上其燃烧过程中造成的严重大气污染,可再生能源越来越受到重视,其中,风能作为发展最快、技术最

【摘要】:随着常规能源煤、石油、天然气等越来有限,加上其燃烧过程中造成的严重大气污染,可再生能源越来越受到重视,其中,风能作为发展最快、技术最成熟、开发最具规模的可再生能源,扮演着尤为重要的角色,其开发利用发展迅猛。在各种风力发电系统中,永磁直驱式风力发电系统由于具有无齿轮箱、维护成本低等独有的优势,成为了变速恒频风力发电系统未来发展重要方向之一。 传统控制系统中的电流控制器常采用PI控制器。因其仅能对直流量实现无差跟踪,故需多次坐标旋转变换,增加了控制算法实现的难度,且为获得良好的动态性能,需引入与温度和电路参数有关的交叉耦合项和前馈补偿项,影响了控制系统的鲁棒性。除此以外,采用传统PI控制器进行谐波补偿算法复杂,不易工程实现。而比例谐振控制器(PR)具有能够在静止坐标系下对交流信号进行无静差调节,将其引入控制系统中可克服PI控制器的不足,获得良好控制效果。 本文主要研究基于比例谐振控制的直驱风电变流系统。首先介绍了当前国内外风力发电技术的研究现状。然后,从风能的计算出发,研究了风力机的特性;根据直驱风电系统变流系统的组成,建立了永磁直驱发电机(D-PMSG)的数学模型,研究了PWM变流器的基本结构并推导了其数学模型,在分析变流器能量的传输的基础上对背靠背双PWM中间直流环节的数学模型进行了推导。 接着深入分析了PR控制器原理及其性能特性,并对其进行性能改善,在此基础上提出了一种基于PR控制的直驱永磁同步风力发电变流系统的控制策略,搭建了仿真模型并进行了仿真实验及分析,通过与PI控制方法的对比仿真及分析验证了该策略的有效性及优越性。由于通过将电流进行对称分量法分解发现,当机侧或电网存在谐波情况下,PI控制方法并未能实现很好的跟踪控制,需要复杂的谐波补偿算法,针对此问题,本文将改善性能后的PR控制器引入永磁直驱式风力发电变流系统中,以进行谐波的抑制控制,最终达到改善所发电能的质量的目的。 【关键词】:直驱风电变流系统 矢量控制策略 PR控制 谐波抑制
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM46
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 课题背景及意义10-11
  • 1.2 风力发电国内外发展现状及发展趋势11-16
  • 1.2.1 国外风力发电发展现状12-15
  • 1.2.2 我国风力发电发展现状15-16
  • 1.3 风力发电主流机型的发展方向16-18
  • 1.4 PR 控制器在风电中应用现状18-19
  • 1.5 本文主要研究内容及结构安排19-20
  • 第2章 直驱风电系统组成及其建模20-30
  • 2.1 直驱永磁同步风力发电系统结构20
  • 2.2 变速恒频风力发电机组的运行特性20-25
  • 2.2.1 风能计算20-21
  • 2.2.2 贝茨理论21-22
  • 2.2.3 风力机组的运行特性22-25
  • 2.3 风力发电系统的数学模型25-29
  • 2.3.1 直驱永磁同步发电机的数学模型25-26
  • 2.3.2 PWM 变流器数学模型26-28
  • 2.3.3 背靠背变流器直流环节数学模型28-29
  • 2.4 本章小结29-30
  • 第3章 基于 PR 控制的直驱风电变流系统30-55
  • 3.1 PR 控制器30-39
  • 3.1.1 比例谐振控制器原理30-33
  • 3.1.2 PR 控制器的无静差控制理论验证33-34
  • 3.1.3 PR 控制器的性能改善34-37
  • 3.1.4 改善性能的 PR 控制器设计37-39
  • 3.2 基于 PR 控制的直驱风电变流器控制系统39-45
  • 3.2.1 基于 PR 控制的机侧 PWM 变流器控制策略40-42
  • 3.2.2 基于 PR 控制的网侧 PWM 变流器控制策略42-44
  • 3.2.3 总体控制框图44-45
  • 3.3 仿真分析45-54
  • 3.3.1 直驱风电机侧变流系统控制仿真分析45-50
  • 3.3.2 直驱风电网侧变流系统控制仿真分析50-54
  • 3.4 本章小结54-55
  • 第4章 PR 控制在直驱风电变流系统中的谐波抑制应用55-66
  • 4.1 PR 控制在风电系统谐波消除应用中的重要性55-60
  • 4.1.1 dq0 坐标系下的瞬时电流分解55-58
  • 4.1.2 基于 PR 控制的谐波抑制策略58-60
  • 4.2 基于 PR 控制的机侧 PWM 变流系统谐波补偿性能60
  • 4.3 基于 PR 控制的网侧 PWM 变流系统谐波补偿性能60-61
  • 4.4 仿真分析61-65
  • 4.5 本章小结65-66
  • 结论与展望66-68
  • 参考文献68-71
  • 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71-72
  • 附录 B 攻读学位期间所参与的项目72-73
  • 致谢73


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