直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真研究

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摘要：面對能源危機與生態(tài)惡化的壓力，全球風(fēng)力發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，并存在以下趨勢：大容量、變轉(zhuǎn)速、直驅(qū)化、無刷化、智能化。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)中，直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其省去了容易出現(xiàn)故障的齒輪箱和實現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦控制，而提高了發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，因而該系統(tǒng)日益受到廣泛關(guān)注。本文以直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為對象，對系統(tǒng)的控制策略進行重點探討，從而改善功率變換裝置的運行性能，提高并網(wǎng)輸出的電能質(zhì)量。
綜合考慮選用不可控整流加Boost斬波再接并網(wǎng)逆變器裝置的交—直—交功率變換裝置，即將永磁發(fā)電機連接三相二極管整流橋，把發(fā)出的電壓與頻率均隨風(fēng)速變化的交流電整流為直流，經(jīng)由大電感濾波后，可獲得比較平穩(wěn)的直流電壓，再由Boost變換升壓電路，從而得到逆變電路所需要的幅值恒定的直流電壓，最后經(jīng)過逆變電路可逆變成與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能實現(xiàn)并網(wǎng)。
本文首先在發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本組成和各部分功能部件的基本工作原理的基礎(chǔ)上，詳細地建立直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各個部分的數(shù)學(xué)模型，包括風(fēng)力機數(shù)學(xué)模型、永磁同步發(fā)電機及不可控整流器數(shù)學(xué)模型、Boost電路模型、電壓型PWM逆變器的數(shù)學(xué)模型。其次，分別闡述直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的控制策略，包括最大功率點追蹤控制、Boost斬波控制、逆變控制，并對其重點探討，達成系統(tǒng)的控制目標和性能要求。最后在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型并得出仿真結(jié)果，然后驗證各個仿真模塊的可行性并分析各種控制策略的效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；直驅(qū)型；永磁同步發(fā)電機；最大功率點跟蹤；Boost斬波；Simulink仿真


Simulation Study of Direct Driven Permanent magnet Wind Power Generation System

Abstract：Confronting with the pressure of the energy crisis and the ecological deterioration, the global wind power generation technology develops rapidly, and has the following trends: large capacity, variable speed, direct driven, brushless, intelligent. In the technology of connecting wind power generation system with grid, the direct driven type permanent magnet wind generation system which eliminates the gear box and realizes the decoupling control improves stability and reliability of the power system, so this system has attracted extensive attention. In this paper, as the object ——the direct driven permanent magnet wind power generation system focuses on the control strategy of the system, so as to improve the operation performance of power converter and the power quality of the connected grid output.
This paper considers the device of uncontrolled rectifier with Boost chopper also with grid connected inverter device as the selection of AC-DC-AC power conversion device. The PMSG (permanent magnet synchronous generation) connects with a three-phase diode bridge rectifier, which transforms the AC whose voltage and frequency changes with wind speed into DC. The DC which has voltage of constant amplitude, then, via a large inductance, can be obtained after filtering by Boost transform circuit. Finally, through the inverter circuit, the system produces grid connected constant frequency electricity.
In this paper, first of all, on the base of composition of power generation system structure and the function of each part of all parts, a direct drive wind power generation system with all parts of mathematical models will be discussed, including the mathematical model of wind turbine, PMSG, uncontrollable rectifier, Boost circuit and voltage PWM inverter. Secondly, the control strategy of direct driven permanent magnet wind power generation system will be expounded respectively, including the MPPT(maximum power point tracking) control, Boost chopper control, inverter control, in order to satisfy the requirements and performance of the system. Finally, the simulation model of direct driven permanent magnet wind power generation system shall be built in the MATLAB/Simulink environment and the given simulation results can verify the feasibility of each simulation module and analyze the effect of the control strategy.
KEY WORDS: Wind power generation; Direct driven; PMSG; MPPT; Boost chopper; Simulink simulation


目錄
第一章 緒論 1
1.1 風(fēng)力發(fā)電系研究的背景 1
1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)簡介 2
1.2.1 普通三相同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 3
1.2.2 雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 3
1.2.3 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 4
1.3 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的兩種典型變流結(jié)構(gòu) 5
1.3.1背靠背雙PWM變流器功率變換系統(tǒng) 5
1.3.2 不可控整流+Boost升壓斬波+并網(wǎng)逆變器功率變換系統(tǒng) 6
1.4論文的主要工作 7
第二章 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及模型 8
2.1 風(fēng)力機 9
2.2 永磁同步發(fā)電機 10
2.3 二極管整流電路 12
2.4 直流升壓電路 13
2.4.1 電路結(jié)構(gòu) 14
2.4.2 工作原理 14
2.5 電壓型PWM逆變電路 15
2.5.1電路結(jié)構(gòu) 15
2.5.2數(shù)學(xué)模型 16
2.6 本章小結(jié) 19
第三章 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略 20
3.1最大功率點追蹤控制 20
3.1.1 葉尖速比控制 20
3.1.2 功率信號反饋控制 20
3.1.3 爬山搜索法 21
3.2 Boost斬波控制 22
3.3逆變控制 2..