《中小型永磁直驱风力发电控制系统的设计和仿真解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中小型永磁直驱风力发电控制系统的设计和仿真解读（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 沈阳工业大学硕士学位论文摘要 由于以石油、煤等的能源紧缺，同时这些传统能源对环境造成了越来越严重的污染，已经关系到人类的生存和发展问题，因而以风力发电为代表的新能源越来越受到人们的重视并且近年来有了较快的发展。永磁直驱风力发电系统与传统的以异步电机的发电系统相比，不需经常维护，结构简单，发电效率较高，总体成本相对较低，这些优点使得可独立运行的中小型永磁直驱风力发电系统在农村和偏远地区有着很好应用前景。 本文主要工作如下： 本文主要研究中小型永磁直驱风力发电控制系统，在理论上，根据中小型永磁直驱风力发电系统的数学模型，完成了基于Matlab/Simulink的仿真，该仿真包括变桨距控制系统的仿
2、真和交直交变流系统的负载突变的仿真两部分。 由于永磁直驱风力发电系统所发出的电能为电压和频率的交流电，为得到恒压恒频的电能，本文进行了逆变控制系统的软硬件设计。控制器采用PIC单片机并结合PWM芯片SA4828，用IPM作为逆变输出，并采用LC滤波器将IPM输出波形滤成正弦波，电压反馈采用真有效值转换芯片AD736完成电压样任务。调节方式采用了增量式PID控制，同时为避免干扰采用了防脉冲干扰平均值滤波。 变桨距及偏航控制系统为风力发电系统可靠运行的关键，本文进行了变桨距及偏航控制系统的软硬件设计。该控制器采用PIC单片机为核心，通过检测风速、转速、蓄电池电压、电流等量完成变桨距及偏航控制，同时
3、为增强控制器的抗干扰性能，对输入及输出进行了光电隔离。文中详细介绍了系统仿真和关键词：风力发电，永磁直驱，变桨距，逆变各系统的软硬件设计，并给出了仿真和试验的结果。- 5 -The Control System Simulation and Design of Low Speed PM Generator Direct Driven by Wind TurbineAbstractThe energy such as petroleum and coal is in short supply, and simultaneously, the traditional energy caused m
4、ore and more serious pollution to the environment, this has already concerned human survival and development problem. Wind power generation as a new energy is increasingly attraction interest and quickly development in recent years. The system of low speed PM generator direct driven by wind turbine
5、which compares with the conventional wind power plants the generator is coupled with the turbine via a gearbox, does not have to maintain frequently, structure simple, electricity generation efficiency high, the overall cost relative is low. In the countryside and the remote districts the wind power
6、 generation is good application prospect.The main work of the thesis is as follow.This paper mainly studies the system of low speed PM generator direct driven by wind turbine. In theoretically, according to the wind power generation system mathematical model, the dynamic performance of the power gen
7、eration system for different operation modes is simulated based on Matlab/Simulink.The output of the system of PM generator direct driven by wind turbine is variable voltage and variable frequency power. To get constant voltage and constant frequency energy that users need, the software and hardware
8、 of the inverter control system is designed. The inverter controller is adopted PIC single-chip-computer and PWM chip SA4828, and IPM as inverter, LC wave filter. The voltage feedback is got through the chip AD736 which accomplishes the task of sampling the voltage.To realize the reliable operation
9、the wind power generation system, the software and hardware of the pitch and yaw control system designed. The controller uses PIC single-chip computer as central controller, which operates the system through measuring the wind speed, rotational speed, battery voltage and the charging current, etc. A
10、t the same time in order to strengthen the anti-interference performance of the controller, the input and output are isolated by the photo-electricity.The paper introduces the system simulation and software and hardware design in detail, and produces the simulation and the test result.Key Words：wind
11、 power generation, permanent magnet direct drive, pitch control, inverter目录摘要1Abstract11绪论51.1课题背景51.2风力发电的研究现状31.2.1恒速恒频恒与变速恒频风力发电系统31.2.2功率调节61.3永磁直驱风力发电趋势81.4课题的来源和研究内容82中小功率永磁直驱风力发电控制系统的设计和仿真92.1风力发电控制系统的结构原理102.2风力机的功率特性102.3永磁同步发电机的模型122.4控制策略122.5风力发电系统模型的建立132.6仿真结果162.6本章小结193逆变控制系统的硬件系统设计2
12、03.1逆变控制系统的结构203.2 SA4828简介213.2.1 SA4828的功能特点213.2.2 SA4828芯片的工作原理223.2.3 SA4828初始化寄存器的参数设定233.2.4控制寄存器的参数设定243.2.5参数计算253.3 IPM驱动电路的设计263.4电压采样电路的设计273.5 A/D转换303.6 滤波器设计303.7本章小结314逆变控制系统软件设计324.1 SPWM控制技术324.1.1 PWM调制法基本原理324.1.2 SPWM调制方法334.2数字PID控制算法344.2.1位置式PID控制算法354.2.2增量式PID控制算法364.3防脉冲干扰
13、平均值滤波384.4主程序的设计384.5 A/D转换及滤波中断子程序的设计394.6实验结果404.7小结415变桨距及偏航控制系统的软硬件设计425.1风速和转速的测量425.1.1频率量的测量425.1.2风速的检测435.1.3风速仪信号的模拟455.1.4转速的测量455.2逻辑量的检测465.2.1充电电流的检测电路的设计475.2.2蓄电池的电压检测495.2.3桨距角及偏航极限位置的检测设计505.3控制系统的输出控制设计505.4显示电路的设计515.5主程序的设计525.6控制系统的抗干扰措施545.6.1硬件抗干扰措施545.6.2软件抗干扰措施565.7本章小结566结
14、论57参 考 文 献58在学研究成果62致 谢63沈阳工业大学硕士学位论文1绪论1.1课题背景现代社会的存在和发展离不开能源，而人类的发展对环境的破坏情况又非常严峻，所以能源和环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。据专家们估计，地球上所接收到的太阳辐射能大约有2%转换成风能，装机容量可达10TW，每年可13PWh1，风能作为一种丰富清洁的绿色能源，是近期内最有大规模开发利用前景的可再生能源2。风力发电作为可再生能源相对传统能源的优越性可
15、归纳为三点3：（1）建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多。（2）不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗。（3）风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。如今，世界各国都在开发和利用风能。美国、丹麦、荷兰和德国等国家对风力发电的研究和应用投入了相当大的人力和资金，是目前世界上风力发电方面处于领先地位的几个国家。这些国家对风力发电的研究与应用投入相当大的人力及资金，制定了开发规划，和优惠的税收政策，他们充分利用空气动力学、新材料、计算机、电机及自动控制等领域的新技术研制和开发现代风力发电机及其运行技术。经过十多年的发展，风力发电技术逐渐趋于成熟，逐渐建立了评估风力资源的计算机模拟系统，发展了失速控制风轮及叶片设计理论，提出和采用了新型叶片材料及翼形，研制成功变桨距控制风机，开发了微机控制的风力发电机单机和机群自动控制的技术等等，这大大提高了风力发电机的效率及可靠性。欧美等工业发达国家建立的风电场已使
