基于“DSP+FPGA”的通用型风电变流控制系统开发

【摘要】：随着环境和能源问题日益突出,风能作为技术最成熟、发展最快的绿色可再生能源,受到了世界各国的重视,风力发电并网技术成为重要的研究方向。本文以双馈风力发电机组为研究对象,针对变速恒频风力发电系统控制策略与仿真、风力发电实验平台开发两个方面展开研究。 本文建立了双馈风力发电机静止坐标系下数学模型,推导了在两相坐标下的数学模型,应用矢量控制方法,对转子侧和网侧变换器的控制策略进行了分析和介绍,并在Matlab/Simulink仿真平台中搭建了完整的双馈风力发电机组仿真模型,实现了并网、功率解耦和最大功率点追踪仿真运行。 作为本文的工作重点,自主开发了基于“DSP+FPGA"的通用型风电变流控制系统,简述了"DSP+FPGA”的双核设计方案在不同的控制对象下的工作模式划分。并以双馈风力发电机组为对象,对控制系统设计进行详细介绍,主要包括控制系统硬件设计和控制系统软件开发。系统硬件设计包括硬件原理图设计、器件选型、版图设计、焊接调试和抗干扰措施设计等。硬件电路包括：核心控制电路、模拟信号输入通道、数字信号IO电路、故障保护电路、控制电源电路等。系统软件开发包括DSP控制程序开发和FPGA的程序开发,并将软件程序进行模块化功能划分。DSP控制程序主要有机侧变流器控制程序、网侧变流器控制程序、串行通信程序及其故障保护程序等；FPGA程序包括接口模块、A/D采样模块、PWM信号生成模块和故障保护模块,并对软件系统进行了仿真验证。 通过硬件与软件相结合,实现了双馈风力发电控制平台良好运行。验证了本文提出的控制策略正确性以及控制系统中硬、软件设计的合理性,为进一步的研究打下了基础。 【关键词】：双馈风力发电 变流控制 DSP 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】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 风力发电系统的分类12-13
• 1.2.2 DFIG风电机组控制技术研究现状13-14
• 1.2.3 DFIG风电机组变流技术与实验平台开发现状14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 第2章 双馈风力发电机控制技术及其MATLAB仿真17-41
• 2.1 双馈风力发电机组的基本原理17-18
• 2.2 风力机特性与模型18-20
• 2.2.1 风力机特性18-19
• 2.2.2 最大风能追踪19-20
• 2.3 双馈异步发电机数学模型20-26
• 2.3.1 双馈异步电机在三相静止坐标系下数学模型21-24
• 2.3.2 双馈异步电机在dq旋转坐标系下数学模型24-26
• 2.4 发电机的矢量控制策略26-32
• 2.4.1 机侧变流器控制策略27-29
• 2.4.2 网侧变流器控制策略29-32
• 2.5 双馈风力发电系统仿真32-40
• 2.5.1 风力机仿真模型33
• 2.5.2 磁链观测器33-34
• 2.5.3 空间矢量脉宽调制模块34
• 2.5.4 机、网侧变流器控制策略仿真模型34-36
• 2.5.5 风力发电控制系统仿真分析36-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 变流控制系统的硬件结构设计41-57
• 3.1 系统的硬件结构设计41-42
• 3.2 控制系统硬件开发42-51
• 3.2.1 控制系统结构设计42-43
• 3.2.2 "DSP+FPGA"主控板硬件设计43-46
• 3.2.3 控制电源电路设计46-47
• 3.2.4 模拟信号输入通道设计47-48
• 3.2.5 数字信号IO电路设计48-50
• 3.2.6 保护电路设计50-51
• 3.3 控制系统的抗干扰措施51-55
• 3.3.1 主回路抗干扰52
• 3.3.2 控制回路抗干扰52-55
• 3.3.3 软件设计的抗干扰55
• 3.4 本章结论55-57
• 第4章 变流控制系统的软件开发57-68
• 4.1 DSP系统的软件开发57-59
• 4.1.1 主程序57-58
• 4.1.2 定时器中断服务子程序模块58
• 4.1.3 串口通信中断服务子程序模块58-59
• 4.1.4 故障保护中断子程序模块59
• 4.2 FPGA系统的软件开发与仿真实验59-67
• 4.2.1 接口模块60-61
• 4.2.2 A/D采样模块61-63
• 4.2.3 PWM信号生成模块63-65
• 4.2.4 故障保护模块65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第5章 结论与展望68-70
• 附录70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术成果及参加的科研工作76-77
• 致谢77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

变速恒频双馈异步风力发电系统低电压穿越技术综述    贺益康;周鹏;

感应电机SVPWM控制系统的仿真研究    杨大柱;

FPGA在大功率多相变频调速系统中的应用    刘东;黄进;陈高;杨家强;袁宝成;姜海博;

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制    刘其辉,贺益康,赵仁德

风力发电变流器发展现状与展望    马伟明;肖飞;

中国风电技术专利信息分析    邱洪华;

基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析    徐殿国;王伟;陈宁;

基于FPGA+AD7606的电力线监测系统的设计    周东杰;高传发;王振华;

空间矢量调制直接转矩控制系统研究    高圣伟

双馈风力发电机系统有功和无功功率的解耦控制    许琤;王辉;谭健;

双馈异步发电机组控制策略的仿真分析    李大虎;石新春;

双馈风电变流器低电压穿越下Crowbar电阻的优化设计    刘志星;胡婵娟;年珩;程鹏;

风力发电中的变速恒频技术综述    王瑞舰;葛书鑫;

风力发电系统及其控制技术综述    方蒽;

基于负载电流前馈的风电系统网侧变流器控制    郑重;杨耕;

基于MPPT的变速恒频双馈风力发电系统控制策略    张豪;邵国庆;邵松;

On maximum power point tracking control strategy for variable speed constant frequency wind power generation    倪红军;

交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制    刘其辉;贺益康;赵仁德;

双馈风力发电系统最大功率点跟踪控制策略    马祎炜;俞俊杰;吴国祥;陈国呈;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制    赵林坤;樊绍胜;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

A New Method to IMprove the LVRT of DFIG based on the Current Compensation    

电网电压跌落时双馈感应风电机组联网运行分析及实证研究    严干贵;周志强;穆钢;王晓波;郑太一;崔杨;董存;

变速恒频双馈风电系统的建模及运行特性分析    潘庭龙;纪志成;

变速恒频风力发电系统的有功无功控制分析    张照彦;李长青;王兴武;邓冠字;董青;

基于储能的直驱风电系统低电压穿越控制策略    张坤;陆继明;毛承雄;王丹;

风力发电机结构耦合振动分析    李兴国;何玉林;金鑫;杜静;刘桦;

双馈风力发电系统有功、无功解耦控制的仿真研究    李鹏程;叶林;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

永磁同步直驱型全功率风机变流器及其控制    汪令祥

分布式并网发电系统低电压穿越问题的若干关键技术研究    蔚兰

风电场有功功率控制系统关键技术研究    郑刚

风力发电机组控制系统关键技术研究    任海军

采用串联网侧变换器的双馈异步风力发电系统运行和控制策略研究    李辉

省级调度中心风电场调度管理技术支持系统关键问题研究    白永祥

基于燃气轮机/燃料电池联合发电的分布式发电系统建模仿真研究    施浩波

基于一种半直驱式风力发电装置的整流器研究    王仕韬

风电机组变桨距实验平台数字物理混合设计及仿真    杨先有

双馈风电机组并网稳定性研究    张忠志

小型风力发电系统电能品质控制方法研究    刘萍

变速恒频风力发电系统的运行仿真及谐波特性研究    李斌

风力机特性分析和模拟装置开发    姜鑫

新能源分布式发电系统并网逆变技术研究    曾嵘

兆瓦级变浆距风力发电机组智能控制系统的研究    赵阳

双馈异步风电机组低电压穿越控制策略的研究    钱叶牛

大规模双馈型风电场异常脱网特性分析    孟磊

双馈发电机励磁模糊控制实验研究    栾晓伟

现代多电平逆变器拓扑    彭方正;钱照明;罗吉盖斯;赖泽生;

SPWM与SVPWM变频控制法分析与应用    张全庄;孟彦京;

风力发电机、变流器及其低电压穿越概述    赵栋利;胡书举;赵斌;许洪华;

三电平中点箝位式逆变器SVPWM方法的研究    宋文祥,陈国呈

基于基本单元串-并(并-串)思想生成多电平变换器拓扑的方法    陈阿莲,何湘宁,吴洪洋,赵荣祥

基于两类脉宽调制方式本质联系的三电平逆变器中点电压平衡控制的研究    宋文祥;陈国呈;丁肖宇;束满堂;

基于级联H桥五电平变流器SAPF的应用研究    李建林;张仲超;许洪华;

中点电压偏移对SVM控制的三电平逆变器的影响及补偿措施    姜卫东;王群京;李争;王智;陈权;

错时采样空间矢量调制的级联型多电平变流器及其在并联有源电力滤波器中的应用    王立乔;邬伟扬;

任意路通用PWM波形发生器的设计    胡海兵;姚文熙;江辉鸿;邢岩;吕征宇;

中国银行业创新活动中的专利管理研究    邱洪华

三电平逆变器异步电机直接转矩控制的研究    宋文祥

永磁同步电动机减小转矩脉动的直接转矩控制方法研究    徐艳平

电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现    肖春燕

全数字交流伺服电机驱动器的研制    蒋复岱

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究    江风云

大型异步电机无速度传感器控制的研究    李桃

基于固定合成矢量三电平异步电机DTC系统研究    高志安

基于DSP+FPGA控制架构的矩阵变换器设计    蔡巍;张晓锋;乔鸣忠;何必;朱鹏;陈雷;

基于DSP+FPGA的双通道实时图像处理系统设计    干戈;

基于DSP+FPGA的高速数字信号处理平台的电源设计    王溦;王广君;

空时编码算法仿真及其DSP+FPGA实现    王宏乐;张振权;雷震;王军;

基于DSP+FPGA平台的有源无功补偿系统    文宇良;汤坚;郭育华;

一种基于DSP+FPGA的目标跟踪系统设计    赵军;单甘霖;贺志华;

基于Camera link标准的DSP+FPGA高速实时数字图像处理系统设计    陈炎斌;金钢;

基于DSP+FPGA平台的基带信号发生器设计    韩尧;秦开宇;汤小平;

基于乒乓操作的计费系统算法及DSP+FPGA实现    陈炳权;曾庆立;

DSP+FPGA数据处理系统的研究与应用    谢黎明;郑威;

基于DSP+FPGA平台的基带信号发生器设计    韩尧;秦开宇;汤小平;

高速公路收费站车牌识别的多DSP+FPGA设计与实现    徐国强;解梅;

基于DSP+FPGA的电力线载波通信系统硬件设计及其实现    秦建国

基于双通道DSP+FPGA的数字信号处理系统    康康

基于DSP+FPGA架构视频处理系统设计及其实现    章奇

基于DSP+FPGA的嵌入式视频采集系统设计    同伟锋

基于DSP+FPGA的智能相机关键技术研究    陈伟

基于DSP+FPGA的小波变换实时图像处理系统设计    陆海东

基于“DSP+FPGA”的通用型风电变流控制系统开发    王小明

基于DSP+FPGA的转台控制系统研制开发    孟叔楠

红外动目标识别跟踪系统（DSP+FPGA）硬件设计与实现    鲜海滢