双馈风力发电系统用双PWM变换器的研究

在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,迫使人们考虑新能源和可再生能源的开发和利用问题。其中风能由于其突出的优点而倍受世界各国关注,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。以双馈电机作为发电机运行的风力发电系统,利用变速恒频技术大大提高了风能的利用率。在该系统中,交流励磁电源的设计与控制是关键。本文主要围绕双馈风力发电系统用双PWM变换器及其相关控制技术展开研究。 本文介绍了国内外风力发电技术的研究现状,分析了双PWM变换器励磁的变速恒频风力发电系统的基本原理。讨论了转子侧PWM变换器的功能和控制方法,通过对双馈发电机在三相静止坐标系下的数学模型和两相旋转坐标系下的数学模型的研究,提出了基于定子磁场定向矢量控制策略,实现了双馈发电机有功功率和无功功率的解耦。根据风能的捕获特点和风力机的运行特性,研究了最大风能捕获原理和控制。在MATLAB/SIMULINK平台下进行了仿真,仿真结果证明了控制方法的正确性。 分析了网侧PWM变换器的拓扑结构和数学模型,提出了电压电流双闭环控制和预测电流控制,重点讨论了基于电网电压定向的双闭环矢量控制方法,以期实现网侧PWM变换器交流侧单位功率因数控制和直流母线电压控制。最后的仿真验证了双PWM变频器具有输入输出特性好、谐波少、能量可以双向流动等特点。 最后,设计了一套基于DSP的双馈风电模拟系统,系统采用一台5.5kW的绕线式异步电机做发电机,用直流电动机代替模拟风力机,使用两个DSP分别控制网侧和转子侧PWM变换器,论文详细介绍了电压电流信号检测电路、正交编码脉冲电路、IPM驱动电路、硬件保护电路、继电器输出电路、通讯接口电路、电源和复位电路的设计,并分别给出了转子侧PWM变换器和网侧PWM变换器控制程序的主要流程。