轴向磁场磁通切换永磁风力发电系统并网技术研究

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风能作为一种可再生的绿色能源,能够有效地解决人类目前所面临的常规能源短缺、环境污染等问题,因此,风力发电受到了人们的广泛关注并得到了较快的发展。直驱风力发电系统,因其转换效率高、可靠性高、控制灵活,成为继双馈风力发电系统之后重要的研究方向。轴向磁场磁通切换型永磁(AxialField Flux-Swithing Permanet Magnet,AFFSPM)电机是一种新型双凸极电机,其轴向长度短、功率密度高、感应电势正弦度好,在直驱风力发电领域具有广阔的应用前景。本文以AFFSPM发电机为核心构建直驱风力发电系统,围绕其并网控制技术展开研究。  首先,推导三相PWM(Pulse-Width Modulation)整流器在abc和dqO坐标系上的数学模型,在此基础上,分析两种电压定向的PWM整流器控制策略--电压空间矢量PWM(Space Vcctor PWM,SVPWM)控制策略和直接功率控制(Direct Power Control,DPC)策略。针对DPC策略,本文通过加入一个功率状态变量,细分了开关表,进而提出一种新型三状态DPC策略。在仿真环境下对SVPWM控制策略和三状态DPC策略进行验证。  其次,推导AFFSPM发电机的数学模型,并将永磁同步电机的控制策略应用于AFFSPM发电机的控制,详细分析isd=0的矢量控制和电流滞环跟踪PWM控制技术,给出控制结构框图和实现方式,并在MATLAB/Simulink环境下对两种发电机侧控制策略进行仿真研究。  第三,在分析现有直驱式永磁同步风力发电并网系统的常见结构后,提出一种适合AFFSPM风力发电机自身特点的并网系统,并将三状态DPC策略引入并网逆变器的控制,针对整个并网系统在仿真环境下建立模型验证其可行性。  最后,为了实现前文所述各控制策略,搭建AFFSPM风力发电实验平台,设计并制作硬件电路,编写上位机程序和DSP控制程序。在实验环境中一一验证前文仿真计算的正确性,为AFFSPM风力发电机的实际应用提供理论依据。
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