双馈感应风力发电机功率控制的研究

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能源是一个国家经济发展的重要物质基础。如今石化能源因过度开采已有枯竭之势,石化能源利用造成的环境污染也非常严重。为了缓解能源危机及环境污染,开发以太阳能、风能为代表的新能源是完成节能减排任务和实现经济可持续发展的必然选择。在众多的新能源中以风能开发最具商业化前景,在目前的电力电子领域成为最热门的研究课题之一。本文在分析了风力发电产业的发展趋势及双馈感应风力发电机控制现状的基础上,围绕着变速恒频双馈风力发电机系统励磁变换器的控制策略进行研究。首先介绍了双馈感应风力发电机的运行机理,给出了双馈感应电机的数学模型及其坐标变换的方法,为后续算法推导提供了理论基础。其次,对DFIG的网侧变换器直接功率控制进行了研究,在给出的网侧变换器数学模型的基础上推导了直接功率控制策略,建立了直接功率控制的系统框图。给出网侧变换器有功和无功功率的估算表达式及其基于恒定开关频率直接功率控制的实现方法。利用Matlab/Simulink建立仿真模型进行深入研究。在网侧变换器研究的基础上,对DFIG的转子侧变换器的控制方式进行了研究。通过建立DFIG并网后的数学模型,设计矢量控制和恒定开关频率的直接功率控制算法控制器。提出基于非线性观测器的直接功率控制,在直接功率控制基础上引入跟踪微分器(TD)和状态观测器。仿真结果表明,该控制策略能有效地解决快速性与超调量之间的矛盾,实现快速无超调控制,具有更好的动态性能。最后,以2.2KW的双馈感应发电机为样机,构建实验平台。详细介绍硬件平台各个模块的设计思路及原理图,软件设计的思路,完成了对双馈感应风力发电机并网控制实验研究。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
目录第7-10页
Contents第10-13页
第一章 绪论第13-20页
    1.1 课题研究背景第13-14页
    1.2 国际国内风力发电产业的发展状况第14-16页
    1.3 双馈感应风力发电机主要控制技术的研究现状第16-18页
    1.4 本论文的主要研究工作及安排第18-19页
    1.5 本章小结第19-20页
第二章 双馈感应电机模型第20-30页
    2.1 变速恒频双馈感应电机的运行机理第20-21页
    2.2 双馈感应电机的基本数学模型第21-29页
        2.2.1 三相静止坐标系下DFIG数学模型第21-23页
        2.2.2 坐标变换第23-26页
        2.2.3 两相静止坐标系中的数学模型第26-29页
    2.3 本章小结第29-30页
第三章 网侧变换器及其控制第30-43页
    3.1 网侧变换器的建模与分析第30-33页
        3.1.1 三相静止坐标系中的网侧变换器数学模型第31-32页
        3.1.2 两相静止αβ坐标系中的网侧变换器数学模型第32-33页
        3.1.3 同步旋转dq坐标系中的网侧变换器数学模型第33页
    3.2 电压空间矢量脉宽调制技术第33-38页
        3.2.1 SVPWM基本原理第34-35页
        3.2.2 SVPWM的实现方法第35-38页
    3.3 网侧变换器的控制第38-42页
        3.3.1 直接功率控制第39-41页
        3.3.2 仿真分析第41-42页
    3.4 本章小结第42-43页
第四章 转子侧变换器的直接功率控制第43-57页
    4.1 引言第43-44页
    4.2 DFIG矢量控制技术第44-48页
        4.2.1 基于定子磁场定向的矢量控制第44-46页
        4.2.2 基于定子电压定向的矢量控制第46-48页
    4.3 DFIG开关频率恒定的直接功率控制第48-52页
        4.3.1 恒定开关频率直接功率控制第49-50页
        4.3.2 基于非线性观测器的恒定开关频率直接功率控制第50-52页
    4.4 DFIG系统仿真研究第52-56页
        4.4.1 DFIG直接功率控制仿真第53-55页
        4.4.2 基于非线性观测器的DPC仿真第55-56页
    4.5 本章小结第56-57页
第五章 系统的硬软件设计第57-72页
    5.1 硬件平台总体设计第57-59页
        5.1.1 硬件总体框架设计第57-58页
        5.1.2 功率开关器件的选取第58页
        5.1.3 TMS320F2812芯片概述第58-59页
    5.2 硬件功能模块设计第59-66页
        5.2.1 DSP主控电路设计第59-60页
        5.2.2 逆变电路的设计第60-62页
        5.2.3 信号检测电路的设计第62-65页
        5.2.4 硬件实物图片第65-66页
    5.3 控制程序设计第66-69页
        5.3.1 主程序设计第66-67页
        5.3.2 中断程序设计第67-68页
        5.3.3 转速检测第68-69页
    5.4 实验结果与分析第69-70页
    5.5 软件抗干扰设计第70-71页
    5.6 本章小结第71-72页
结论第72-73页
参考文献第73-77页
攻读学位期间的科硏成果第77-79页
致谢第79页
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