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基于SVPWM技术的风能转换系统的控制方法研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 风力发电系统的结构和工作原理

2.1 风力发电系统的组成和工作状态

2.1.1 风力发电系统的组成

2.2 风力发电系统的能量转换及输出特性

2.2.1 风力发电机的分类

2.2.2 风力发电系统的能量转换

2.2.3 风力发电机的功率调节

2.2.4 风力发电机最大风能捕获

2.3 风力发电系统中整流环节

2.3.1 整流器分类

2.3.2 整流器适用场合

2.4 本章小结

第3章 SVPWM控制整流器

3.1 SVPWM技术

3.1.1 SVPWM控制技术简介

3.1.2 SVPWM原理

3.1.3 坐标变换理论

3.2 风力发电系统中整流器数学模型

3.2.1 基于三相静止坐标系下的数学模型

3.2.2 基于两相旋转坐标系下的数学模型

3.3 整流器电流控制方法

3.3.1 间接电流控制

3.3.2 直接电流控制

3.4 基于SVPWM直流双环控制系统

3.4.1 SVPWM电流双环控制框图

3.4.2 SVPWM的常用实现方法

3.4.3 SVPWM的数字实现方法

3.5 本章小结

第4章 系统各部分电路设计

4.1 基于DSP整流器结构框架

4.1.1 开关器件的选择

4.1.2 驱动电路设计

4.2 主控芯片选择

4.2.1 电流检测电路设计

4.2.2 电压检测电路设计

4.3 风力发电系统其他子模块电路设计

4.3.1 风力发电机的接入电路图

4.3.2 电源模块电路图

4.3.3 DC-DC模块电路图

4.3.4 卸荷负载接入电路

4.3.5 蓄电池接入电路原理图

4.4 本章小结

第5章 整流器仿真与实验分析

5.1 仿真软件选择

5.2 生成SVPWM波程序框图

5.3 SVPWM整流器仿真分析

5.3.1 主电路仿真模型建立

5.3.2 SVPWM调制仿真模型建立

5.3.3 控制电路仿真模型建立

5.3.4 控制系统仿真模型

5.4 仿真结果

5.5 实测数据

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

附录

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摘要

本课题来源于黑龙江省自然科学基金项目风光互补发电系统。当今社会人们广为关注的问题就是能源问题,而安全无污染能源的发展更是一大热点。风能资源是大自然给予我们的最宝贵财富,它不仅是可循环利用安全无污染的能源,而且我国风能储量非常丰富。但是由于风能的随机性与不稳定性等缺点,所以我国对风能的利用效率还一直比较低,如何提高风能利用效率就成了风能发电的重中之重。
  目前利用技术提高风能的使用效率,是促进风力发电产业降低成本和大面积推广的最佳途径。本文分析了风力发电系统中整流器的控制原理与方法,根据课题中给出的风力发电系统的各种数据,建立了风力发电机与整流器的数学模型。本文针对目前风力发电系统中常用的PWM整流器模型,采用基于电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)解决了风力发电系统整体输出功率不稳定的问题,具体则是通过直流电流双闭环控制系统来实现风力机输出电流的有效控制,从而使得整个系统的风能利用效率得到提高。并且本文在建立风力发电系统中整流器的数学模型基础上,使用MATLAB仿真环境下对其进行仿真,根据实际环境获得的实测数据,把实测数据输入该仿真系统进行了仿真分析。通过仿真结果我们可以发现通过此方法基本上得到了我们理论分析的功率曲线提高了系统的效率。本文整流器控制采用的主控芯片为TMS320F28335,并设计了整流器的电路以及风力发电系统中电源模块、负载模块、蓄电池模块等相关电路原理图。

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