基于DSP的无刷双馈变速恒频风电控制系统的研究

【摘要】：风力发电作为绿色环保的新能源方式,是解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一,最近几年在国际和国内得到了快速的发展,我国的风力发电正迎头赶上,在整个世界风电行业已占有举足轻重的地位。因此风力发电技术的研究也备受关注,而无刷双馈风力发电技术由于其具有无电刷、功率因数可调、效率高及变频装置容量小等诸多的优势,逐渐成为当前风力发电技术的主流。 本文以无刷双馈电机(BDFM)为研究对象,主要针对其发展历程、数学模型、控制策略及对应的无刷双馈发电机和风力发电用双PWM变换器的控制技术进行了分析和研究。采取模块化建模的思想,将无刷双馈风力发电机系统分为无刷双馈发电机和双PWM变换器二个子模块,基于这二个子模块的数学模型在Matlab/Simulink环境下建立了各自的仿真模型,并将二个子模块的仿真模型进行整合成了整个无刷双馈风电系统的仿真模型。 本文采用基于转子速的d-q轴模型,控制侧变换器采用直接功率解耦控制,内环控制绕组电流,外环控制功率绕组有功和无功功率,为实现最大风能捕获提供的有利条件;网侧变换器的主要功能则是维持直流电容电压的稳定,同样采用双闭环控制,内环为电流环,外环为电压环。仿真结果达到了期望的控制要求,验证了建模和控制策略的正确性。 文章最后基于TI的TMS320LF2407A搭建了双PWM变换器,实验结果验证了基于DSP的双PWM变换器能实现能量的双向流通,能满足无刷双馈风电控制系统的要求。 【关键词】：无刷双馈电机 变速恒频 功率解耦 双PWM变换器 DSP
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 国内外风力发电发展现状9-11
• 1.1.1 国外风力发电发展现状9-10
• 1.1.2 国内风力发电发展现状10-11
• 1.2 风力发电技术研究概述11-18
• 1.2.1 风力机组的功率调节技术12-15
• 1.2.2 风力发电机发电技术15-18
• 1.3 无刷双馈电机用于风力发电的优势18
• 1.4 本文所做工作18-19
• 第二章 无刷双馈电机的理论分析及数学模型19-31
• 2.1 无刷双馈电机的发展历史及研究现状19-21
• 2.1.1 无刷双馈电机的发展历史19-20
• 2.1.2 无刷双馈电机的研究现状20-21
• 2.2 无刷双馈电机的运行及发电原理21-22
• 2.2.1 无刷双馈电机的运行原理21-22
• 2.2.2 无刷双馈电机变速恒频发电原理22
• 2.3 无刷双馈电机的模型22-27
• 2.3.1 坐标变换的相关理论23-25
• 2.3.2 三相静止坐标系中的数学模型25-26
• 2.3.3 二相旋转坐标系中的转子速模型26-27
• 2.4 无刷双馈电机运行的仿真27-30
• 2.4.1 单馈异步运行28
• 2.4.2 双馈运行28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 无刷双馈电机的控制策略31-36
• 3.1 标量控制31-32
• 3.2 直接转矩控制32-33
• 3.3 基于转子速模型的直接功率控制33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 风力发电用变换器研究及系统仿真36-49
• 4.1 无刷双馈风力发电机对变频器的要求36
• 4.2 双PWM 变换器的模型36-41
• 4.2.1 网侧变换器数学模型37-38
• 4.2.2 控制侧变换器的数学模型38-39
• 4.2.3 中间直流环节的数学模型39
• 4.2.4 SVPWM 调制模块39-41
• 4.3 双PWM 变换器的控制设计41-44
• 4.3.1 网侧变换器的控制41-43
• 4.3.2 控制侧变换器的控制43-44
• 4.4 无刷双馈风力发电机控制仿真44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 无刷双馈风力发电控制系统研究49-62
• 5.1 系统的构成49
• 5.2 系统硬件49-54
• 5.2.1 DSP 最小系统49-51
• 5.2.2 信号采集及处理电路51-53
• 5.2.3 智能功率模块电路(IPM)及驱动电路53-54
• 5.3 系统软件设计54-60
• 5.4 实验研究60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-65
• 发表文章目录65-66
• 致谢66-67
• 详细摘要67-73

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