【摘 要】
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20世纪以来,世界能源格局发生了深刻变化,传统的化石能源已给人类带来全球气候变暖、空气污染和资源短缺等环境问题,且可开采量有限,人们正在寻找代替化石能源的风能、太阳能
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20世纪以来,世界能源格局发生了深刻变化,传统的化石能源已给人类带来全球气候变暖、空气污染和资源短缺等环境问题,且可开采量有限,人们正在寻找代替化石能源的风能、太阳能和地热能等新能源。在新能源中风力发电是发展最早技术最成熟的发电方式之一,特别是直驱永磁同步风力发电系统正以其独特的优势受到人们的广泛关注。 随着电力电子技术的发展,风力发电技术正日趋成熟,三电平变流器以其输出谐波小、开关损耗低等优点被逐渐应用于直驱永磁同步风力发电系统中。大力推广永磁风力发电,将给我国的国民经济带来巨大的经济效益和社会效益。 本文主要对基于三电平背靠背的永磁式风力发电机变流模拟系统的关键技术进行研究。首先对中点箝位型三电平变流器中点电位的数学模型进行了分析,得到3种不同零序电压注入的中点电位平衡控制算法,在不同功率因数下进行样机实验,比较了3种算法治理中点电位的动稳态平衡能力,并将其推广到背靠背系统中。然后分析了永磁同步发电机的数学模型及其基于转子磁场定向的双闭环矢量控制策略,针对风机的运行特性分析了其数学模型,阐述了基于转速扰动法的最大风能捕获控制策略。 通过对网侧变流器的运行原理和数学模型的分析,进行了电流内环解耦设计,采用电网电压定向的双闭环矢量控制策略,以实现直流电压稳定、并网有功和无功的独立解耦控制。最后对整个系统的硬件框架和软件设计进行了详细的介绍,包括直流电动机转矩模拟风机特性方案、器件选型、参数设计以及各个功能模块的程序设计等。 最后在搭建实验样机上进行了实验验证与分析,验证了直流电动机模拟风机特性的有效性和基于转速扰动法的最大风能捕获方法的正确性;机侧变流器实现了对同步发电机转速和发电功率的控制;网侧变流器实现了有功和无功的解耦控制及其单位功率因数并网。
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