直驱风力发电系统变流器控制策略研究

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随着全球用电量的增长和环境污染的愈发严重,风力发电作为一种清洁的发电方式有着非常好的发展前景。在多种风力发电方式中,直驱风力发电方式被应用得最为广泛,其也是当前研究的热点,其中全功率变流器控制技术作为此种风力发电方式的核心技术更是研究的重中之重。直驱风力发电系统中所使用的全功率变流器是由一个电压型PWM整流器和一个电压型PWM逆变器通过一个大电容背靠背连接而成的,其有很多优点,如功率因数可调、交流电流与交流电压同步、输出谐波含量小、直流电压可控等。鉴于双PWM变流器数学模型的非线性和无源性,本文采用了基于EL(欧拉-拉格朗日)模型和PCHD(端口受控的耗散哈密顿)模型的无源控制方法与非线性PI控制方法、常规PI控制方法相结合的混合控制方法设计了具有较高控制精度的控制器。仿真实验表明,本文所提出的混合控制方法能够使系统的直流电压快速跟踪给定值,网侧电流快速实现正弦化,功率因数接近单位功率因数,且并网速度快,并网功率稳定,即系统具有较好的动静态特性。  本文由五章组成。第一章,对本篇论文所研究的内容的背景和意义及国内外风力发电产业的发展现状和趋势进行了简要说明,并分析了几种常见的变流器拓扑结构及目前三相电压型PWM变流器的几种优秀的控制策略;第二章,对直驱风力发电系统三相电压型双PWM变流器的数学模型(EL模型和PCHD模型)及与其相应的空间矢量算法(SVPWM)进行了分析;第三章,对无源控制方法进行了介绍,并分别设计了用于控制双PWM变流器内环电流的基于EL模型的无源控制器和基于PCHD模型的无源控制器;第四章,提出新型混合控制方法,并利用仿真实验验证了所提出的控制方法的可行性;第五章,对本文所研究的内容进行了总结,并展望了未来的研究内容及方向。  本文的主要研究工作为:①分析了双PWM变流器的EL模型和PCHD模型,并分别基于这两个模型设计了主要用于控制变流器内环电流的无源控制器;②基于MATLAB/SIMULINK仿真平台对所设计的控制系统进行了仿真实验研究。
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