基于现场总线的大功率风电变流器控制系统研究

【摘要】： 大功率直驱型风力发电系统是目前最具实用前景的风力发电系统之一,该系统的控制方案中发电机可以在很宽的速度范围内运行,无需齿轮箱和电励磁装置,可实现有功、无功功率的灵活控制。本文主要围绕直驱风力发电系统并联双PWM变换器及其环流控制技术展开研究。 本文首先介绍了大功率风力变流系统的基本结构,提出了2层控制策略,机侧模块层完成实时数据采样、功率闭环运算、电流闭环运算和PWM调制,网侧模块层进行实时数据采样、电流内环运算和PWM调制,网侧变流器控制器进行直流电压采样、电压闭环运算,两层控制通过CAN总线进行参数传递,实现双闭环控制。 接着针对采用的直驱型风力发电系统变流电路结构的特点,深入研究了直驱风力发电中变流器并联运行存在的环流问题,得到分别与六相永磁同步电机连接的三相背靠背变流器从拓扑根本上抑制了环流问题的产生,主要是共母线变流器存在零序环流,因此需要对SVPWM变流器控制方法进行改进,提出了一种带环流抑制的SVPWM变流器控制方法。接着研究了一种主从式并联变流器控制策略,该方案通过CAN总线高速稳定的数据传送,实现了变流器并联运行的同步控制和均流控制,而无需另加额外的连接线。控制系统在MATLAB/SIMUlink平台下进行了仿真,仿真结果证明了该控制方法的正确性。 最后,本文给出了基于CAN总线的大功率变流器的软硬件实现方法,2层控制器通过DSP控制板实现,两者间通过CAN总线互相传递参数。详细介绍了光纤接口电路、IGBT驱动电路、通讯接口电路、电源和复位电路的设计,给出了基于CAN总线的变流器并联的同步控制和均流控制实现方法。分别给出了转子侧PWM变换器和网侧PWM变换器控制程序的主要流程图,并介绍了基于DSP的SVPWM的数字实现方法。 【关键词】：直驱风力发电 永磁同步电机 并联运行 CAN总线 背靠背PWM变流器
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46;TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 大功率风电变流技术现状10-14
• 1.2 大功率变流系统技术难点14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 大功率风电变流控制系统研究17-28
• 2.1 永磁直驱型风电机组基本结构17-21
• 2.1.1 机侧变流器控制原理18-19
• 2.1.2 网侧变流器控制原理19-21
• 2.2 低压大功率风电变流器拓扑结构21-23
• 2.2.1 机侧主电路单元模块拓扑机构23
• 2.2.2 网侧主电路单元模块拓扑机构23
• 2.3 低压大功率风电变流器控制方案23-25
• 2.3.1 机侧控制系统主从控制原理24-25
• 2.3.2 网侧控制系统主从控制原理25
• 2.4 低压大功率风电变流器控制系统设计25-28
• 第3章 大功率风电变流系统中并联变流器运行时的环流分析及控制28-41
• 3.1 大功率风电变流系统并联变流器环流分析28-33
• 3.1.1 逆变器共母线并联28-30
• 3.1.2 变流器背靠背并联30-33
• 3.2 变流器并联环流控制方法33-37
• 3.2.1 一种基于CAN总线的主从式均流控制方法33-34
• 3.2.2 基于变化零矢量的SVPWM环流控制方法34-37
• 3.3 仿真分析37-41
• 第4章 基于CAN总线的大功率风电变流器控制系统软硬件实现41-66
• 4.1 大功率风电变流系统DSP硬件电路设计41-49
• 4.1.1 DSP控制芯片概述41-42
• 4.1.2 DSP电源接口电路42-43
• 4.1.3 IGBT驱动电路43-46
• 4.1.4 串行通讯电路46-48
• 4.1.5 光纤接口电路48-49
• 4.2 CAN总线通信设计49-57
• 4.2.1 CAN控制器的结构49-50
• 4.2.2 CAN接口硬件电路设计50-51
• 4.2.3 CAN通信模块软件设计51-55
• 4.2.4 程序流程图55-57
• 4.3 控制系统软件设计57-64
• 4.3.1 控制系统软件总体结构设计57
• 4.3.2 SVPWM算法的DSP数字实现57-60
• 4.3.3 控制程序中断处理60-61
• 4.3.4 机侧变流系统软件流程图61-63
• 4.3.5 网侧变流系统软件流程图63-64
• 4.4 模拟实验结果及分析64-65
• 4.5 小结65-66
• 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 附录A (攻读硕士期间发表的论文目录)72

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