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小型直驱式永磁同步发电机并网控制系统的仿真研究

赵明基  
【摘要】:随着国家大力发展清洁能源和可再生能源政策的出台,以风力发电为代表的可再生能源引起了广泛的关注。但是就目前形势来讲,大型风力发电系统基本都建立在年平均风速在6m/s以上的偏远地区。对于大多数年平均风速都无法满足大型风力发电要求的地区,更适合发展小型风力发电系统。目前离网运行技术发展较为成熟,但是这种方式成本和维护费用较高,无法广泛推行。而高效节能低成本的并网运行的小型风力发电机组逐渐受到重视。直驱式永磁同步发电机具有高效、可靠等显著特点,是小型并网风力发电的主流机型。首先,本文介绍了小型直驱式永磁同步风力发电并网系统的基本结构,阐述了直驱式永磁同步发电机和PWM整流器的工作模型并分别建立其数学模型。根据PWM整流器运行特性,分别介绍了磁场定向控制和改进的模型预测直接功率控制原理,并在传统的模型预测直接功率控制的基础上增加了控制的延时补偿和占空比优化计算。将其分别应用到直驱式永磁同步发电机与PWM整流器构成的可控发电系统中,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真实验,通过仿真结果验证了改进型预测直接功率控制的可行性和有效性。其次,本文针对单相并网逆变器的控制系统进行了研究,详细地介绍了比例谐振控制和锁相环技术的设计,将其应用到单相并网逆变器中,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真实验,证明了其控制效果。最后,本文针对小型直驱式永磁同步风力发电并网系统,提出了两级全控的控制策略,前级采用全控整流,控制方法采用改进的模型预测直接功率控制,后级采用单相并网逆变器,外环采用比例谐振控制。通过仿真结果表明,提出的两级全控的控制策略可以实现小型直驱式永磁同步发电并网系统稳定、高效的运行,并且能输出与电网电压同相位且正弦性较好的并网电流。


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