C2000及MCU创新设计大赛论文_华北电力大学.docVIP

基于TMS320F2812的变速恒频风力发电系统运行与控制研究 学生姓名：王立果 裴庆磊 刘丽莉 王燕萍 指导教师：张一工（教授） 专业： 电力电子与电力传动 学校： 华北电力大学（北京） 学院： 电气与电子工程学院 摘要 本文研究对象是采用双馈型异步发电机的交流励磁变速恒频风力发电系统。主要研究完整的交流励磁变速恒频风力发电的基础理论和关键技术，交流励磁发电机的矢量变换控制和P、Q解耦控制技术，变速恒频发电机最大风能追踪控制，交流励磁用变换器研究和交流励磁变速恒频风力发电系统各部分的协调及综合控制等。采用TI公司的TMS320F2812研制交流励磁变速恒频风力发电实验系统，完成最大风能追踪控制实验。 针对双馈型异步发电机转子能量流动的特点，研究设计了基于TI公司的DSP控制的具有能量双向流动功能的双PWM型变换器，讨论了双PWM型变换器特别是网侧变换器的控制方法。采用电磁暂态PSCAD/EMTDC软件，建立了风力机仿真模型，利用该仿真系统，对发电机并网控制P、Q解耦控制、最大风能追踪控制进行了仿真研究。 第一章 引言 1.1课题背景及研究的目的和意义 科学技术的高速发展以及全球经济的急剧增长，使人类对能源的需求达到了空前的水平。能源是人类发展的动力，自从工业革命以来，全球的能源消耗飞速地增长，急剧膨胀的能源消耗迅速推动了工业化进程的发展，提高了社会发展水平和人类生活水平。解决急剧膨胀的能源需求和日益严重的环境恶化是目前人类社会发展所面临的重大课题。 解决能源危机和环境问题的办法，一是尽量提高能源燃烧效率，以减少消耗，实现清洁燃烧以减少污染；二是发展新技术，开发新材料，最大限度实现节能;三是开发清洁能源，有效利用无污染的可再生能源。风力发电作为当今世界上规模化开发程度最高、技术最成熟、商业化发展前景最好和发展速度最快的可再生能源，在调整能源结构、减少环境污染等方面具有突出优势，已经越来越受到世界各国的重视，得到了大力的发展。 风是由太阳辐射热产生的一种自然现象，地球表面各处受热不均而引起大气对流。据估计，仅1%地面上的风能就能够满足全世界对能源的需求。随着风力发电技术水平的不断提高，风力发电的成本逐渐降低，考虑环保效益其成本将接近于燃煤发电的成本，因此大力开发以风能为代表的可再生能源和新能源，实现可持续发展，已经成为全人类社会的共识，是解决能源危机和环境问题的战略选择。 1.2双馈风力发电控制技术的概况 风力发电是将自然风所蕴含的动能转换成电能的过程，其中风力机捕获风 能并将其转换为机械能，带动发电机旋转，进而由发电机将机械能转换为电能。随着世界各国对风力发电的关注，风电成为全球进展速度最快、研究和应用规模最广泛的新能源技术。伴随着风电技术的发展，风力机、风力发电机、变流器及其控制系统以及风电机组的并网方式等，均出现了不同的类型。其中，双馈风力发电系统由于其变流器控制容量较小、变速运行范围较宽等特性，成为目前全球应用最广泛的变速恒频风力发电系统。 变速恒频发电可以在异步发电机的转子侧施加三相低频电流实现交流励磁，控制励磁电流的幅值、频率、相位实现输出电能的恒频恒压。同时采用矢量变换控制技术，实现发电机输出有功功率、无功功率解耦控制。控制有功功率可调节风力发电机组转速，实现最大风能捕获的追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风力发电机组及电力系统运行的动、静态稳定性。此外，采用变速恒频发电技术，可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接，比传统的恒速恒频发电系统更易实现并网操作及运行 1.3本课题的主要研究内容 本文研究对象是采用双馈型异步发电机的交流励磁变速恒频风力发电系统。主要研究完整的交流励磁变速恒频风力发电的基础理论和关键技术，交流励磁发电机的矢量变换控制和P、Q解耦控制技术，变速恒频发电机最大风能追踪控制，交流励磁用变换器研究和交流励磁变速恒频风力发电系统各部分的协调及综合控制等。采用TI公司的TMS320F2812研制交流励磁变速恒频风力发电实验系统，完成最大风能追踪控制实验。 分析了双馈型异步发电机的运行理论，在讨论双馈型异步发电机数学模型和等值电路的基础上，研究了发电机有功功率关系和无功功率关系，分析了双馈型异步发电机控制灵活、无功功率调节能力强的机理，为发电机的控制和励磁用变换器的设计奠定了理论基础。 将磁场定向矢量控制技术应用到发电机的控制上，构建了基于定子磁链定向的发电机P、Q解耦控制策略;研究了发电机参考有功功率和参考无功功率的计算方法，建立了参考功率计算模型，讨论了交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域。 针对双馈型异步发电机转子能量流动的特点，研究设计了基于TI公司的DSP控制的具有能量双向流动功能的双PWM型变换器，讨论了双PWM型变换器特别是网侧变换器的控制方法