由于能源短缺和环境问题的双重压力,近年来包括风能在内的可再生能源在世界范围内获得了飞速发展。我国同样是风能资源丰富的大国,大力发展风力发电是解决我国能源困境和电力可持续发展的现实选择。随着风力发电技术的发展,出现了变速恒频风力发电机组和直接驱动永磁风力发电机组,因其效率高、稳定性好、维护简单实用,获得了越来越广泛的应用。本文主要致力于研究基于直接驱动双凸极永磁(DSPM)风力发电机的变速恒频风力发电系统,以实现稳定的能量转换和增强实用性为目标,对直接驱动变速恒频风力发电技术展开了比较全面的理论分析、仿真和实验研究。 本文阐述了风力发电的意义和背景,对当前国内外的风力发电现状、发展动态以及相应的风力发电技术作了简要介绍。 分析和比较风力发电系统中常用的变流电路的拓扑结构,设计适合于直驱DSPM发电机的风力发电系统使用的双PWM变换器,设计目标为使该变换器具有输入、输出特性好、功率因数高并且可调、对电网谐波污染小等。对所设计的功率变换器进行数学建模和详细的理论分析,讨论其控制目标并选取相应的控制策略。 针对所选取的基于DSPM风力发电系统的变流电路拓扑结构,结合变速恒频系统的特点,以实现整个系统的最大能量跟踪和输入输出功率平衡为控制目标,分析和选取合适的控制方法,PWM变换器采用电压空间矢量SVPWM调制方式,控制风力发电机为单位功率因数运行和网侧PWM变换器为功率因数可调,利用MATLAB/Simulink分析工具,建立整个风电系统的仿真模型,仿真结果表明控制效果良好。 设计和制作了风力发电系统的功率变换器和基于TMS320F2812高速数字处理器的控制器,相应的控制器外围电路主要包括AD采样调理电路、过流保护电路、频率检测电路、倍频电路、及IGBT驱动电路、LCL滤波电路。根据选取的控制方案,利用嵌入式C语言对控制器进行软件代码编写,同时完成了对SVPWM和数字锁相环DPLL的软件编程设计和调试。联调软件和硬件电路,对实验数据和波形进行分析比较,修改调整相应设计参数,实现系统的设计和控制目标。通过实验测试,验证了理论分析的正确性和系统控制器设计的合理性。