论文部分内容阅读
在能源短缺和环境污染日益严重的今天,作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。目前各种风力发电技术的发展方兴未艾,其中以变速恒频双馈风力发电系统应用最为广泛,尤以绕线式转子双馈异步发电系统为代表。基于这种系统,可以通过交流励磁变频器实现最大风能捕获的变速恒频风力发电。相比传统的循环变频器,作为兆瓦级变速恒频风电机组电控系统的核心部件,双PWM变频器交流励磁电源的输入输出特性更好,电力谐波更低,调速调频范围更宽。网侧变频器通过直流环节完成转子及转子侧变频器与电网间的能量交换;转子侧变频器担负双馈感应发电机的功率控制任务,实现定子输出有功、无功的独立调节和最大风能跟踪。因此,变速恒频双馈风力发电系统已成为主流。本文围绕变速恒频双馈风力发电系统展开,采用电压型双PWM变频器作为励磁电源,针对双PWM变频器进行了控制策略的研究,研制了以DSP——TMS320F2812为控制核心的变速恒频双馈风力发电实验平台。本文首先分析了风力机风能吸收原理及最大风能捕获原理,接着对矢量控制进行了研究,在此基础上分析了网侧三相PWM变频器在同步d、q坐标系的数学模型,建立了基于稳定直流母线电压和单位功率因数运行的双闭环串级PI控制方案。接着对DFIG的运行理论进行了分析,对DFIG数学模型、坐标变换进行了理论推导,为转子侧控制的研究奠定了理论基础。将磁场定向矢量控制技术应用到DFIG运行控制上,形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略。在分析风力发电机并网技术的基础上,探讨了交流励磁变速恒频风力发电机的并网控制,建立了基于磁场定向矢量控制、不受转速变化影响的空载和负载两种“柔性”并网控制方案。紧接着又将直接转矩控制技术应用到变速恒频风力发电系统中,这样能够更加直接的控制交流励磁电机。最后应用TMS320F2812设计了一套变速恒频双馈风力发电实验平台。文章详细介绍了实验系统主电路和控制电路的设计,其变流部分采用IPM模块作为开关器件,并设计了相应的外围检测电路和驱动电路。本文软件部分采用C语言和汇编语言结合的方法编写整个控制算法。通过硬件和软件结合,对系统变速恒频控制、并网控制、功率解耦控制进行了实验验证。实验结果证明了网侧PWM变频器以及转子侧PWM变频器控制策略的有效性以及系统的稳定性和准确性,为进一步研究实现变速恒频双馈风力发电交流励磁变频器控制打下了坚实的基础。