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基于直接功率控制的风力发电并网变流器研究

苏晓东  
【摘要】: 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,风能作为一种清洁的可再生能源,已经受到世界各国的高度重视。本课题以1.5MW永磁同步电机变速恒频风力发电变流系统为研究背景,重点对网侧变流器控制方法进行了研究。 本文首先概述了当前国内外风力发电发展现状和技术发展趋势,比较了当前的主流技术,本课题所涉及的风力发电系统采用了永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式,具有很大的发展前景。大功率风力发电变流系统网侧变流器采用三相电压型PWM整流器结构,文章从理论分析,仿真建模,实验验证三个方面对控制系统进行了研究。 文章阐述了PWM整流器的主电路结构和工作原理,进行了数学建模和分析,针对传统功率定义的局限性,分析了三相电路瞬时功率理论,设计了针对本课题的直接功率控制系统。控制系统采用功率控制内环、直流电压外环的系统结构,无功功率给定值设为0,以实现单位功率因数运行。并在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了的仿真模型,得出了结果。 基于DSP芯片适合PWM整流器控制的特点,对直接功率控制系统进行了软硬件设计,编写了控制系统程序,包括主程序、中断程序、保护程序、PI调节器控制程序以及信号同步程序。并在小功率实验系统上进行了调试,在调试过程中不断优化控制参数,完成了直接功率控制实验。 文章在最后给出了实验结果,并对波形进行了详细分析。实验结果表明,直接功率控制具有高功率因数,高效率、算法及系统结构简单,动态响应快等优点,适合于大功率风力发电应用场合。


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