定子內永磁風力發(fā)電機的控制技術研究.pdf

1、隨著經濟的發(fā)展，世界各國對能源和資源的需求將長期處于增長態(tài)勢。煤炭、石油等常規(guī)資源不可再生，而且燃燒石化燃料獲取能源的方式導致了日益嚴重的環(huán)境污染問題，因此，人類面臨的資源和環(huán)境的雙重壓力促使各國政府普遍重視可再生能源的開發(fā)和利用。風能是一種可再生的綠色能源，目前風力發(fā)電已成為人們關注的熱點并得到了較快的發(fā)展。采用永磁發(fā)電機的變速恒頻風力發(fā)電技術具有捕獲風能多、效率高、功率密度大、沖擊應力小等優(yōu)勢而倍受關注。定子內永磁（Stator I

2、nterior Permanent Magnet，SIPM）電機是一種有別于傳統(tǒng)轉子永磁電機的新型永磁電機，功率密度高、效率高、可靠性高，和雙凸極永磁電機和磁通切換永磁電機相比，具有較低的定位力矩，將更適合于風力發(fā)電的應用場合。本文以SIPM發(fā)電機為核心構建了定子內永磁風力發(fā)電系統(tǒng)，圍繞其控制技術展開了研究。 首先介紹了三相12/10極SIPM電機的本體結構、工作原理以及靜態(tài)特性，在此基礎上建立了三相SIPM電機在定子和轉子坐標

3、系下的數學模型。由于SIPM電機的靜態(tài)特性和數學模型與轉子永磁結構的正弦波永磁同步電機相似，故將在永磁同步電機中已使用的矢量控制方法移植到SIPM電機的控制中。 通過比較研究，提出了背靠背的雙PWM變換器作為定子內永磁風力發(fā)電機的并網功率接口，為實現SIPM發(fā)電機的最大風能跟蹤（MPPT）控制，提出了基于發(fā)電機側PWM變換器的矢量控制方法和原理。在MATLAB／Simulink環(huán)境下，搭建了仿真模型，仿真運行的結果驗證了該控制策

4、略的可行性。 在仿真研究的基礎上，進行了風力發(fā)電系統(tǒng)的軟硬件設計，設計了電流、電壓、轉速、轉子位置等檢測電路，基于TMS320F2812型DSP芯片及其外圍電路構建控制系統(tǒng)硬件電路，通過DSP軟件編程，在控制系統(tǒng)中實現了所提出的矢量控制策略。在此基礎上搭建了一套定子內永磁風力發(fā)電機實驗平臺。在實驗平臺上分別針對恒定風速、階躍風速以及隨機風速三種輸入風速進行了實驗，實驗結果表明所提出的控制策略不僅有效可行，還具有較好的控制效果和較