PDF《兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统设计》

1 模拟实验系统主要构成 该实验系统主要包括六相 PM S M 驱动系统和 六相永磁同步风力发电机系统两大部分, 其框图如 图1 所示. 其中, 驱动系统的能量流动方向为:

1 0k V 电网经过变压器转换为6

9 0V 电压, 同时给 两台拖动变频器供电, 根据设计的控制算法实现电 机的变频驱动控制, 模拟风力机叶轮输入;

发电机系 统所发出的电能经过变流器实现电能的转换( 包括 频率和幅值) , 再经由变压器回馈到电网.该系统主 要由两台对拖的2MW 的PM S M、 两台1. 5MW 拖 动变流器组、 变压器、 变流器冷却系统、 R T - L a b实 时仿真系统、 测量柜和开关柜等组成.

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1 第3 9卷第1 5期2015年8月1 0日Vol.39N o .

1 5A u g .

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5 h t t p : / / ww w. a e p s - i n f o . c o m 图1 兆瓦级直驱式风力发电实验系统框图 F i g .

1 E x p e r i m e n t s y s t e md i a g r a mo fMW - l e v e l d i r e c t - d r i v ew i n dp o w e rg e n e r a t i o n 对于所搭建的风力发电模拟实验系统, 电机驱 动系统是该实验系统的核心组成部分.它采用交 流―直流―交流背靠背的设计结构, 其主要作用是实 现PM S M 的变频驱动控制.另外, 在使用 R T - L a b 实时仿真系统进行开发的过程中, 需要解决分布式 模型的构建、 可执行目标文件的生成、 节点分配及程 序的加载运行等关键技术.本实验模拟系统在 R T - L a b 中实现实时仿真的开发流程是:首先在MAT L A B / S i m u l i n k环境 下建立系统的离线仿真模型, 接着转换为 R T - L a b下的在线模型, 对其进行 分割处理、 编辑、 C代码编译、 代码生成等步骤, 转为 可在实时仿真计算机上运行的实时代码, 然后下载 到目标机上编译生成 QN x下的可执行文件, 最后 加载可执行文件, 通过主机控制运行, 实现实时仿 真.具体流程如附录 A 图A1所示. 另外, 应用 R T - L a b实时仿真系统产生并发送 变流器所需的控制信号指令, 并对相关变量进行实 时监控, 可以快速验证所设计控制算法的有效性, 缩 短算法的开发周期, 为后期产品的研制提供技术支 持.同时还能有效结合人机接口界面, 为设备及控 制器参数的调试提供便捷的操作界面.

2 模拟实验系统的实现 对于本文所要搭建的直驱风力发电模拟实验系 统, 其控制原理见图2.图中, Vd c为变流器的直流 侧电压, A 1和A2表示整流器, PM S G 表示永磁同 步发电机.可见, 实验系统主要包括两大部分: 模拟 风力机系统和全功率变流器系统.本文的主要研究 内容是基于 R T - L a b来实现对六相 PM S M 的变频 驱动控制, 根据电动机的转速变化来模拟风力机系 统.另外, 六相 PM S M 的每套绕组分别采用交流― 直流―交流背靠背系统供电, 即脉宽调制( PWM) 整 流器和 PWM 逆变器系统.下面将着重分析 PWM 整流器控制和六相 PM S M 驱动控制算法. 图2 模拟实验系统的控制原理 F i g .

2 C o n t r o lp r i n c i p l eo f t h e s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s y s t e m 2.

1 PWM 整流器控制 由于实验系统中使用的两个三相电压源型整流 器( V S R) 具有完全相同的硬件结构, 都采用 L C L滤 波器结构形式, 本文以其中的一个三相 V S R 为例进 行详细分析.基于 L C L 滤波器的 PWM 整流器在 d q 同步旋转坐标系下的数学模型为[