直驱式永磁同步电机（PMSG）风力发电系统控制研究

直驱式永磁同步电机（PMSG）风力发电系统控制研究(论文14000字)
摘要
    近年来，随着工业的迅猛发展，人们对能源的需求与日俱增。直驱永磁同步风力发电系统的控制包括电机侧变换器与电网侧变换器的控制。电机侧变换器的控制策略直接影响发电机定子输出的有功功率和发电系统的风能利用率；电网侧变换器的控制策略直接影响发电机以及电网之间有功功率传输还有发电系统的无功调节。因此，采用适当的直驱永磁同步风力发电控制策略可以提高发电系统的性能。
    本文重点分析了永磁同步风力发电机运行时的工作原理，得出了电机在A-B-C坐标系下的数学模型;通过坐标变换，详细推导了永磁同步风力发电机在两相同步旋转d-q坐标系下的动态数学模型，利用电机定子磁场定向的矢量控制技术，并结合最大风能捕获原理，构建了其有功功率和无功功率解耦控制的双闭环串级PI调节控制方案，实现了永磁同步风力发电机有功功率和无功功率的解耦控制。本文还重点分析了三相PWM变频器在同步d-q坐标系中的数学模型，并采用电网电压矢量定向的方法，建立、设计了两相同步坐标系下网侧变频器的PI调节控制系统，使双PWM变频器协调工作。因此，本文利用MATLAB/SIMULINK的软件平台，根据矢量控制原理，构建出各个功能实现的子模块，并设计了各个子模块的参数，构造了整个变速恒频风力发电机组系统的仿真模型，进行了仿真实验，得出了实验结果并对结果进行了分析。
关键词： 直驱式永磁同步电机  网侧变流器  机侧变流器  最大功率追踪

Direct-drive permanent magnet synchronous motor (PMSG) Control of wind power generation system
abstract
    In recent years, with the rapid development of industry, increasing demand for energy. Direct-drive permanent magnet synchronous wind power system control, including motor-side converter and grid side converter control. Motor side converter control strategy directly affects the output of the generator stator active power and wind power generation system utilization; grid side converter control strategies directly affect the active power between generators and power generation systems and transmission reactive power regulation . Therefore, the use of appropriate direct-drive permanent magnet synchronous wind power generation system control strategy can improve the performance.
    This paper focuses on run-time permanent magnet synchronous wind turbine works, drawn ABC coordinates motor mathematical model; through coordinate transformation, a detailed derivation of the permanent magnet synchronous wind turbines in the two-phase synchronous rotating dq coordinate system the dynamic mathematical model, the use of the motor stator flux oriented vector control technology, combined with maximum wind capture principle to construct its active power and reactive power decoupling control of dual-loop PI regulator cascade control scheme to achieve a permanent magnet synchronous wind generator active power and reactive power decoupling control. This paper also analyzes the key phase PWM inverter synchronous dq coordinate system in the mathematical model and the use of grid voltage vector oriented ways to build and design a two-phase synchronous coordinate grid side inverter PI regulator control system, so dual PWM inverter coordination. Therefore, this paper MATLAB / SIMULINK software platform, according to the vector control principle to construct the various functions of the sub-modules, and design parameters of each module is constructed throughout the VSCF wind turbine system simulation model for the simulation experiments, the experimental results and the results were analyzed.
Keywords: direct-drive permanent magnet synchronous motor-side converter machine side converter   Maximum Power Point Tracking

目 录
摘要    I
ABSTRACT    II
第1章 绪论    1
1．1引言    1
1.1.1风力发电的意义    1
1.1.2风力发电的发展概况    2
1.2风力发电系统的研究概况    2
1.2.1变速恒频风力发电系统的发展概况    3
1.2.2 直驱永磁同步发电系统的特点和研究现状    3
1.3本文的主要内容    4
第2章 电机侧变换器的控制与最大风能跟踪控制策略    5
2.1永磁同步电机的数学模型    5
2.1.1永磁同步电机在静止三相坐标轴系下的数学模型    6
2.1.2 静止三相轴系到静止两相轴系的相变换(3s/2s 变换)    8
2.1.3 静止两相轴系到旋转两相轴系的整流子变换    10
2.2 永磁同步发电机的控制策略    12
2.3 最大风能跟踪控制策略    15
2.3.1 风力机的特性    15
2.3.2 采用最佳功率给定的最大风能跟踪控制    17
2.4 本章小结    18
第3章 电网侧变换器的控制策略    19
3.1 电网侧变换器的基本控制原理    19
3.2 电网侧变换器的数学模型    21
3.2.1 ABC 坐标系下电网侧变换器的数学模型    21
3.2.2 d − q坐标系下电网侧变换器的数学模型    23
3.3 电网侧变换器的矢量控制    25
3.4 本章小结    26
第 4 章 永磁直驱风力发电系统的仿真建模    27
4.1风力机建模    27
4.2机侧变流器系统仿真模型    28
4.3网侧变流器系统仿真模型    29
4.4 SVPWM系统总图    30
4.5系统整体仿真模型    31
4.6仿真结果    31
4.6.1风速曲线图    31
4.6.2输出线电压Uab的SVPWM波形图    32
第5章 结 论    34
参考文献     35
 致 谢    37