基于DPC的轴向磁场磁通切换永磁风力发电系统整流技术研究

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风力发电作为一种可再生能源发电形式,能够有效地解决当今社会面临的能源危机和环境污染问题,因而,得到了飞速的发展。直驱风力发电系统具有转换效率高、可靠性高、并网功率控制灵活等优点,得到了人们的广泛关注。轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching PermanentMagnet,AFFSPM)电机是一种新型双凸极电机,其轴向长度短、功率密度和感应电势正弦度高,在直驱风力发电领域具有广阔的应用前景。本文对AFFSPM风力发电系统的整流控制技术进行研究,并将直接功率控制(Direct Power Control,DPC)技术应用于网侧变换器。  首先,介绍了AFFSPM发电机的结构和工作原理,将永磁同步电机的控制策略应用于AFFSPM发电机,采用矢量控制作为机侧控制策略,在MATLAB/simulink环境下对控制策略进行了验证。  分别在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下建立三相电压型PWM整流器的数学模型,结合瞬时功率定义,分析了三相电压型PWM整流器DPC的原理,给出DPC系统的结构框图,研究了开关矢量对功率的调节作用。  针对传统DPC存在的不足,通过引入虚拟磁链(VF)定向、功率预测和空间矢量调制(SVM),提出VF-DPC、SVM-DPC以及VF-P-DPC三种改进的直接功率控制策略,仿真验证上述控制策略的可行性。  在仿真研究基础上,搭建了基于TMS320F2812的三相电压型PWM整流器的直接功率控制实验平台,设计了硬件电路,编写了软件程序,给出了主要硬件电路设计原理和程序流程图。利用基于VB6.0的上位机程序,实现了上位机和下位机的通信。  最后,基于实验平台分别对三相电压型整流器采用DPC、VF-DPC、SVM-DPC三种控制策略进行实验研究,对比分析了不同控制方式下整流器的稳态和动态性能,实验结果验证了理论分析的正确性和控制方法的有效性。
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