双馈风电机组变频器的FPGA仿真与控制

【摘要】：随着能源危机的不断加剧、环保压力的不断增加,风能作为未来重要的清洁替代能源之一,近年来受到普遍重视并展现出广阔的成长空间。双馈风力发电机组由于在降低变频器容量、体积和成本的同时,实现了发电机与电网的柔性连接,且机组变速运行范围宽、功率高,在风力发电领域得到了广泛的应用。 本文通过LabVIEW FPGA仿真平台对双馈风力发电机组变频器快速的动态过程进行仿真,首先对双馈风力发电机的内部结构和工作原理,以及自身独特优势进行介绍,分别建立了三相静止坐标系下的数学模型和便于分析求解两相旋转坐标系下的简化数学模型：接着,对包含RLC滤波电路、线路阻抗和负载扰动电流的三相PWM电压型逆变器进行分析,依据其拓扑结构建立了机侧变频器的数学模型,并将定子磁链定向矢量控制和空间矢量脉宽调制算法应用到机侧变频器的控制中,实现最优的控制效果；最后,通过LabVIEW FPGA平台对双馈风力发电系统的起动、空载并网、发电机不同转速运行、风速变化扰动等不同情况进行仿真实验,仿真结果验证了本文设计的双馈风力发电机组机侧变频器模型准确、控制策略合理。另外,本文设计的仿真程序界面友好,具有在线参数配置、实时状态监控等功能；对FPGA模块的应用,实现了软件与硬件的结合,达到毫秒级超高速、高可靠性的仿真要求。 【关键词】：双馈风力发电机 变频器 定子磁链定向 空间矢量脉宽调制算法 LabVIEW FPGA
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TN773
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 风力发电发展现状9-11
• 1.2.1 世界风力发电的现状与前景9-10
• 1.2.2 我国风力发电的现状与前景10-11
• 1.3 风力发电技术概述11-15
• 1.3.1 风力机的功率调节技术11-13
• 1.3.2 恒速恒频与变速恒频风力发电技术13-15
• 1.4 风力发电仿真技术15-16
• 1.5 本文主要内容和组织结构16-18
• 第2章 双馈风力发电机的原理及数学模型18-27
• 2.1 双馈风力发电机的优势18-19
• 2.2 双馈风力发电机的运行原理19-20
• 2.3 双馈发电机的数学模型20-26
• 2.3.1 三相静止坐标系下的数学模型20-23
• 2.3.2 两相旋转坐标系下的数学模型23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 双馈风电机组机侧变频器27-40
• 3.1 双PWM型变频器的特点27-28
• 3.2 机侧变频器的数学模型28-31
• 3.3 机侧变频器的控制策略31-33
• 3.4 空间矢量脉宽调制方法33-39
• 3.4.1 空间矢量脉宽调制技术概述33
• 3.4.2 SVPWM算法33-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 双馈风电机组机侧变频器的仿真实现40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 仿真平台介绍40-43
• 4.2.1 LabVIEW40
• 4.2.2 FPGA40-41
• 4.2.3 LabVIEW FPGA41-43
• 4.3 NI LabVIEW FPGA的开发流程43-44
• 4.4 LabVIEW FPGA模块下双馈风力发电机组变频器的仿真分析44-50
• 4.4.1 起动仿真45-46
• 4.4.2 并网仿真46-47
• 4.4.3 亚同步、同步速、超同步运行仿真47-49
• 4.4.4 风速变化扰动仿真49-50
• 4.5 本章小结50-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-58
• 致谢58

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