本文關鍵詞：雙饋風力發(fā)電機最大功率跟蹤及空載并網(wǎng)控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：世界各國在工業(yè)化發(fā)展的道路上飛速奔馳。隨著化石能源的逐漸枯竭和大量消耗化石能源所帶來的日益惡化的環(huán)境問題,已成為困擾我們的兩大難題,人類面臨的選擇只有一個,那就是能源轉(zhuǎn)型,發(fā)展可再生的清潔能源。風能作為一種無任何污染的能源形式,得到了充分的發(fā)展,對解決世界性的能源問題有著特殊的意義。步入21世紀以來全球大力發(fā)展風電事業(yè),風電總裝機容量連續(xù)大幅上漲,風力發(fā)電技術也推陳出新。隨著單機容量的不斷擴大,如何有效的利用風能,提升機組的發(fā)電效率一直是風電技術領域研究的熱點問題。此外,大容量機組并網(wǎng)時刻對電網(wǎng)的影響也不容忽視,因此風力發(fā)電機的并網(wǎng)技術也成為了風電技術領域的研究熱點。雙饋風力發(fā)電機組是目前風電場采用最為廣泛的機型,其特點是能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻運行,并且變頻器功率僅為機組額定功率的1/3,相比于全功率變流器的其他機型大大節(jié)約了成本。本文主要針對此機型的一些問題作出研究。本文依據(jù)風電機組的實際運行數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)其實際發(fā)出功率要小于理想情況,為提高風電機組的運行效率,本文對其控制系統(tǒng)進行深入研究,并給出優(yōu)化方案。本文簡單介紹了最大風能捕獲的控制原理,通過分析功率損耗對最大風能捕獲的影響,針對雙饋風力發(fā)電機組提出了考慮功率損耗的最大功率跟蹤(maximum power point tracking,MPPT)控制策略。推導了考慮鐵耗的雙饋發(fā)電機(double fed induction generator,DFIG)在兩相d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型,并在SIMULINK中搭建了DFIG及其控制部分整體的仿真模型。通過對比分析考慮功率損耗與不考慮功率損耗的最大功率跟蹤控制策略下的仿真波形,得出在考慮功率損耗時能使風力機運行在相應風速的最大功率點上,實現(xiàn)最大風能捕獲的結(jié)論。本文針對仿真軟件中沒有能夠空載運行的DFIG模型的問題,推導了其空載運行時在兩相d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型,同樣在仿真軟件中搭建出來,用以DFIG空載并網(wǎng)控制策略的仿真研究,并通過基于此模型的仿真與理論分析,驗證了此模型的正確性。搭建了以直流機帶動DFIG的風力發(fā)電機組實驗平臺,主要包括:IPM驅(qū)動電路、IPM外圍保護電路、檢測與調(diào)理電路、過零檢測電路、旋轉(zhuǎn)編碼器檢測電路、故障信號處理電路、并網(wǎng)裝置,并詳細介紹了各電路的工作原理及功能。以DSPF2812為主控芯片,在CCS3.3上編寫了DFIG控制的程序,主要包括主程序和各功能子程序。然后在硬件平臺上對程序進行了調(diào)試。最后,通過對實驗結(jié)果的分析,證明了本文所提理論的正確性。
【關鍵詞】：風力發(fā)電 雙饋發(fā)電機 最大功率跟蹤 空載并網(wǎng)
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題的研究背景及意義11-13
• 1.2 風力發(fā)電的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀13-15
• 1.3 雙饋風力發(fā)電技術的發(fā)展與概述15-18
• 1.3.1 并網(wǎng)技術15-17
• 1.3.2 最大功率跟蹤技術17-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第二章 最大風能捕獲理論19-41
• 2.1 風力機模型19-20
• 2.2 DFIG的數(shù)學模型20-25
• 2.2.1 坐標變換原理20-22
• 2.2.2 DFIG的數(shù)學模型22-25
• 2.3 基于功率曲線法的MPPT原理25-28
• 2.3.1 風電機組的運行區(qū)域25-26
• 2.3.2 最大風能捕獲原理26-28
• 2.3.3 功率參考值的計算28
• 2.4 損耗功率對MPPT控制策略的影響及改進28-29
• 2.4.1 損耗對最大風能捕獲的影響28-29
• 2.4.2 改進方法29
• 2.5 DFIG的MPPT控制策略與仿真29-39
• 2.5.1 考慮鐵耗的DFIG模型29-31
• 2.5.2 雙饋風力發(fā)電機仿真模型搭建31-32
• 2.5.3 電網(wǎng)電壓定向的矢量控制系統(tǒng)32
• 2.5.4 電流內(nèi)環(huán)控制器的設計32-33
• 2.5.5 功率外環(huán)控制器的設計33-35
• 2.5.6 仿真研究35-39
• 2.6 小結(jié)39-41
• 第三章 DFIG空載并網(wǎng)系統(tǒng)研究41-49
• 3.1 DFIG的空載并網(wǎng)數(shù)學模型41-48
• 3.1.1 空載數(shù)學模型推導41-42
• 3.1.2 DFIG空載并網(wǎng)前仿真模型搭建42-44
• 3.1.3 空載仿真研究44-48
• 3.2 小結(jié)48-49
• 第四章 DFIG實驗平臺硬件設計49-63
• 4.1 雙饋風力發(fā)電機實驗平臺整體結(jié)構(gòu)49-50
• 4.2 DFIG及直流電動機參數(shù)50
• 4.3 智能功率模塊(IPM)50-53
• 4.3.1 智能功率模塊(IPM)電路結(jié)構(gòu)50-51
• 4.3.2 驅(qū)動電路51-53
• 4.4 檢測電路53-56
• 4.4.1 交流信號檢測與調(diào)理電路53-54
• 4.4.2 過零檢測電路54-55
• 4.4.3 旋轉(zhuǎn)編碼器檢測電路55-56
• 4.5 并網(wǎng)裝置56
• 4.6 控制器DSPF281256-58
• 4.7 保護電路58-61
• 4.7.1 IPM保護電路58-60
• 4.7.2 故障信號處理電路60-61
• 4.8 小結(jié)61-63
• 第五章 基于DSP的DFIG控制器軟件設計63-75
• 5.1 開發(fā)環(huán)境CCS3.3 簡介63
• 5.2 軟件程序設計63-64
• 5.3 主程序設計64-65
• 5.4 子程序設計65-72
• 5.4.1 TI周期中斷子程序設計65-66
• 5.4.2 電壓、電流AD采樣及校正子程序66-67
• 5.4.3 轉(zhuǎn)速測量與轉(zhuǎn)子位置角測量子程序67-69
• 5.4.4 比例積分控制器(PI)程序設計69-70
• 5.4.5 空載并網(wǎng)子程序70-71
• 5.4.6 MPPT控制子程序71
• 5.4.7 脫網(wǎng)運行子程序71-72
• 5.4.8 SVPWM調(diào)制子程序72
• 5.5 PWM脈沖信號的死區(qū)時間設置72-73
• 5.6 小結(jié)73-75
• 第六章 實驗結(jié)果與分析75-87
• 6.1 實驗平臺調(diào)試波形75-77
• 6.1.1 調(diào)理電路波形75-76
• 6.1.2 過零檢測電路波形76
• 6.1.3 轉(zhuǎn)子零位置角檢測76-77
• 6.1.4 SVPWM波控制信號波形77
• 6.2 空載并網(wǎng)實驗77-80
• 6.3 功率控制實驗80-82
• 6.4 功率損耗對MPPT的影響實驗82-85
• 6.4.1 機械損耗的測量實驗82-83
• 6.4.2 鐵耗的測量實驗83
• 6.4.3 功率損耗對MPPT的影響實驗83-85
• 6.5 小結(jié)85-87
• 總結(jié)與展望87-89
• 參考文獻89-93
• 致謝93-95
• 作者在攻讀碩士學位期間的研究成果95

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本文編號：483230