直驱式永磁同步风力发电机转矩直接控制.doc

直驱式永磁同步风力发电机转矩直接控制.doc中国石油大学(华东)
硕士学位论文
直驱式永磁同步风力发电机转矩直接控制
姓名:许强
申请学位级别:硕士
专业:电力电子与电力传动
指导教师:李中树;赵仁德
201205
利用直接转矩控制对转矩的有效控制可实现风力机的最大功率追踪。研究了传统直
接转矩控制的特点,利用空间矢量调制改进直接转矩控制。在���/����中搭建直
驱风电基于空间矢量调制的直接转矩控制系统仿真模型,仿真结果表明在风速变化和参
数突变时都可以实现风力机的最大功率追踪,性能良好。
构建了直驱式永磁同步风力发电机的实验样机,主要进行了三相��全桥驱动电
弦度高,有良好的稳态性能。
关键词:风力发电;直接转矩控制;定子磁链
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前言
��课题研究的背景
随着传统化石能源的短缺及其产生的污染物对全球气候环境造成严重破坏,世界各
国开始大力发展清洁的可再生能源。风能作为可再生无污染的清洁能源,全球蕴藏量丰
我国重要的战略性新兴发展产业。
海上风电完成组装,山东也将在东营附近海域规划�个海上风电场,预计��年山东海
虽然我国风电发展迅速,但我国风电开发程度相对较低,截止��年底开发容量
风力发电主要由风力机和风力发电机组成。通过风力机将风能转换成机械能为风力
心部分为风力发电机及其控制系统,其控制性能及运行状态的好坏直接决定着整个风力
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直驱型风力发电系统如图��所示。风力机直接与永磁同步发电机相连,省去了齿
轮箱,从而消除了齿轮箱的损耗,同时增加系统的可靠性,减小了系统噪声。定子绕组
通过变频器与电网连接,因此对电网适应力强。虽然使变频器的容量增加,但在小型风
力发电系统中增加的成本并不大。另外由于使用永磁体作为转子,无需从电网中吸收无
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��课题研究的意义
风力机以‰的角速度运行时,风力机轴上吸收的机械功率乞和发出的机械转矩乙为:
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叶尖速比五为叶尖线速度与风速之比,通过叶尖速比五和桨距角∥可得到风能利用
系数巳。可以看出风力机在固定的环境下吸收的机械能取决于风能利用系数��与
叶尖速比名和桨距角∥的函数【岳�为:
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机械能达到最大。风能利用系数最大值约为���,考虑现场各种因素影响常在��左右【�。
为使能源达到最大利用,需进行控制使风力机运行在最大功率点处。由于直驱型风
力发电系统中风力机与风力发电机同轴连接,因此可通过控制风力发电机转速使风力机
运行在最佳叶尖速比附近使吸收的功率达到最大。由于外部风速处在随时变化中,因此
风力发电机控制需响应速度较快。
因此研究响应速度快且对电机参数变化有较强鲁棒性的直驱式永磁同步风力发电
机的控制,使风力机运行可靠且能最大的利用风能,对我国发展风力能源、提高风能利
用率意义重大。
��直驱式永磁同步风力发电机控制的研究现状
典型直驱式永磁同步风力发电系统如图��所示。
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论电机侧的控制,通过控制实现风力机的最大功率追踪����
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目前对永磁同步发电机的控制方法可以分为矢量控制和直接转矩控制【�。典型的矢
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典型的直接转矩控制如图��所示。直接转矩控��������
佳,因此控制波动较大。另外使用开关向量表开关管开关频率不固定,易缩短开关管寿
图��直接转矩控制系统框图
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的直接转矩控制。将卡尔曼滤波器估计的定子磁链和转速带入直接转矩控制中,建立仿
真模型,研究风速稳定、风速变