摘要：小型风力发电系统具有投资成本低，位置区域灵活以及并网时对公用电网的冲击性较低等优点，具有较大的发展前景。变流器的控制研究设计是设计小型并网型风力发电系统的重中之重。鉴于电压型双PWM变流器的高性能以及控制的灵活性，本文选其作为小型风力发电系统变流器的拓扑结构。本文首先分别对小型风力发电系统的机侧和网侧变流器进行工作原理分析；然后根据工作原理分别对机侧和网侧变流器进行数学建模；最后根据建立的数学模型和系统所需实现的控制目标，对机侧和网侧变流器制定相适的控制策略。

网侧变流器在按电网电压定向的基础上，对两相旋转dq坐标系下的定子电流进行解耦控制，实现两电流分量完全解耦。通过令无功电流，提高网侧变流器功率因数，再通过电压外环结构调节稳定直流侧母线电压。机侧变流器在按转子磁场定向矢量控制的基础上，选用的控制策略，通过电机的实际转速与转速给定值的差值比较信号作为q轴的电流参考值，由于电机电磁转矩与成正比，因此可通过调节来调节电机输出转矩，从而改变电机转速，直至电机转速追踪到转速外环给定值。最后在MATALB环境下搭建机侧变流器和网侧变流器的仿真实验模型，并进行理论分析，通过是否达到系统所要求的控制目标来检验控制策略的正确性。

关键词：永磁直驱风力发电；双PWM变流器；解耦控制；矢量控制

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 永磁直驱风力发电变流器的研究现状-2

1.3 本课题的主要研究内容-3

第二章 永磁直驱风力发电系统及变流器选择-4

2.1 小型并网型风力发电系统组成-4

2.2 变流器的拓扑结构选择-5

2.2.1 不可控整流器+晶闸管逆变器拓扑结构-5

2.2.2 不可控整流器+升压电路+PWM电压源逆变器拓扑结构-5

2.2.3 双PWM变流器拓扑结构-6

2.2.4 变流器的拓扑结构选择-6

第三章 双PWM变流器的数学建模-7

3.1 网侧变流器-7

3.1.1 网侧变流器的工作原理-7

3.1.2 网侧变流器在三相静止abc坐标系下的数学模型-8

3.1.3 网侧变流器在两相旋转dq坐标系下的数学模型-10

3.2 机侧变流器-12

3.2.1 机侧变流器的工作原理-12

3.2.2 永磁同步发电机在三相静止abc坐标系下的数学模型-12

3.2.3 永磁同步发电机在两相旋转dq坐标系下的数学模型-13

第四章 永磁直驱风力发电系统网侧变流器设计-15

4.1 网侧变流器的控制策略-15

4.2 网侧变流器的控制设计-17

4.2.1 电流内环控制器设计-17

4.2.2 电压外环控制器设计-18

4.3 交流滤波器的设计-20

第五章 永磁直驱风力发电系统机侧变流器设计-22

5.1 风力机最佳风能追踪和数学模型-22

5.2 机侧变流器的控制策略-23

5.3 机侧变流器的控制设计-24

5.3.1 电流内环控制器设计-24

5.3.2 转速外环控制器设计-25

5.4 直流母线电容参数设计-27

第六章 变流器的整体MATLAB仿真-28

6.1 仿真结构图的建立-28

6.2 仿真结果与分析-29

6.2.1 风力机的仿真模型搭建与结果分析-29

6.2.2 机侧仿真模型搭建与结果分析-30

6.2.3 网侧仿真模型搭建与结果分析-31

第七章 结论-33

致谢-34

参考文献-35