永磁直驱风力发电机组全功率变流器控制策略的研究.doc

永磁直驱风力发电机组全功率变流器控制策略的研究

重庆大学硕士学位论文

(学术学位)

学生姓名：项丹

指导教师：杨浩教授

专业：电气工程

学科门类：工学

重庆大学电气工程学院

二0一三年五月

May,2013

ResearchonControlStrategyofFullPower

ConverterforPermanentMagnet

Direct-drivenWindTurbine

AThesisSubmittedtoChongqingUniversity

inPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

MastersDegreeofEngineering

By

XiangDan

SupervisedbyProf.YangHao

Specialty:ElectricalEngineering

SchoolofElectricalEngineeringofChongqing

University,Chongqing,China

中文摘要

中文摘要

I

摘要

随着风力发电的发展，永磁风力发电机组因其具有运行稳定、功率密度大、效率高、可靠性好，具备向大容量发展的潜力，逐渐成为风力发电行业的主流机型。随着永磁机组数量的增加和并网规范要求的提高，促使国内外风电研究学者

研究方向从正常电网条件下的控制策略研究转向非理想电网下的控制策略研究。

本文以永磁同步风力发电系统全功率变流器为主要研究对象，以非理想电网为研究背景，包括电网电压跌落和电网电压三相不平衡两种情况。从理论分析和运行仿真两个方面研究非理想电网对永磁风电机组的性能影响及稳定运行时的控

制策略研究。

首先，简要介绍了三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换关系，得到了两相旋转坐标系下的永磁风力发电系统的网侧PWM变流器和机侧PWM变流器的数学模型。在基本数学模型基础上，研究了基于电网电压定向矢量控制的网侧变流器和基于转子磁链定向矢量控制的机侧变流器的控制策略。在此控制策略的基础上针对电网电压跌落所引起的直流母线电压骤升问题提出一种改进的机侧变流器控制策略和相应的网侧控制策略，即在机侧变流器的有功功率处增加一个补偿系数，在电网电压跌落后，机侧变流器的有功功率参考值会加上这个补偿的功率项，用来减小机侧的有功功率输出，而电网电压正常时，机侧有功功率的补偿系数为零，不会影响原有的有功功率控制策略。在网侧变流器处通过对网侧d轴电流给定值i“的直接设定，使其d轴电流i能够迅速根据机侧功率变化

而做出调整，限制直流母线电压的波动范围。

其次，研究了电网电压三相不平衡条件下的永磁风力发电系统运行性能，之后根据三相不对称分解理论，建立不平衡条件下的网侧变流器数学模型。在所建的变流器数学模型的基础上结合正、负序双PI控制思想，分别提出了基于输出功率无二倍频波动控制策略和直流母线电压无二倍频波动控制策略，即在电网电压

不平衡时通过负序电流控制器消除不平衡带来的二倍频波动。

最后在电网电压不平衡下，利用matlab/simulink对两个控制策略进行仿真分

析，验证所提方法的正确性和有效性。

关键词：风力发电，永磁同步发电机，非理想电网，全功率变流器，

正、负序控制

英文摘要重庆大学硕士学位论文

英文摘要

Ⅱ

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofwindgeneration,sincepermanent-magnetwindturbinefeaturesrunningstability,highpowerdensity,highefficiency,goodreliabilityandpotentialforfurtherlargecapacity,whichhasbecomeoneofthemaintypesinwindgeneration.Moreover,asthenumbergrowthofpermanent-magnetandthehighrequirementtospecificationofsynchronizationwiththeelectricalnetwork,whichpromotesresearchersathomeandabroadtoswitchtocontrollingstrategyunder