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1、山东大学继续教育学院毕业论文（设计）写作要求成人学生的毕业论文写作不仅是对本科学习阶段的检验和总结，更是对学生运用所学知识，在分析、解决实际问题的过程和能力方面的一次综合性训练，对提升学生个人工作研究能力具有重要作用。因此，要求学生务必重视毕业论文的写作，以严谨的态度，严格按照学院的要求完成毕业论文写作任务。一、写作要求1. 本要求为论文写作基本要求，平台论文题目说明中有具体要求的，学生须按照题目说明中的要求进行写作。2. 毕业论文应独立完成，不得弄虚作假、编造、抄袭（雷同论文也属于抄袭），一经发现，直接给予不通过。2. 论文正文字数原则上不少于4000字。3. 写作内容与所学专业相关，学生可
2、运用所学专业知识去解释、解决社会现实生活或本人实际工作中的问题，或对有一定价值的理论问题进行探讨研究。4. 论文的写作是从发现问题、提出问题到分析问题、解决问题的一个完整过程，要有自己的观点和分析，有相应材料支撑。5. 论文应逻辑清晰，结构严谨，文字流畅，避免过分的夸张和修饰、文学性语言和过于直白的市井语言。6. 论文中所用引文、数据，必须注明出处，按顺序编号列在参考文献中。7. 毕业论文分选题、开题、写作三个环节，各环节有时间和提交次数的限制，学生须认真按照指导教师的要求进行修改完善，并在规定时间、规定次数内完成论文各个环节，因个人原因导致未能及时完成论文或论文不合格的，后果自负。建议各个环
3、节尽早提交，以保证教师的审核时间，并能够预留足够的时间进行修改。8. 提交全文查重报告：（1）学生提交论文的同时，提供基于平台论文检测模块全部全文比对库检测的全文查重报告，文献相似度不得高于40%，高于40%学生不得提交，否则不予通过。（2）论文查重报告仅作为教师审核参考，如果学生提供的查重报告文献相似度低于40%，但教师认定抄袭的，仍判定为不通过。平台提供3次免费查重机会，请谨慎使用。9. 论文按以下内容顺序排版，具体格式要求参考论文写作模板。（1）封面含论文题目，要简洁、明确、有概括性，字数不宜超过20个字。（2）摘要概述研究的背景、问题、内容、方法、结论、意义，300字左右。（3）目录（
4、4）正文包括引论、本论、结论三部分。引论是论文的开头，提出问题，表明观点；本论是全文的主体，分析问题，论证观点；结论是论文的结尾，总结全文，加深题意。（5）参考文献（6）谢辞简述写作体会，并对指导教师和协助完成论文的有关人员表示谢意。二、写作建议1. 选题要聚焦，题目不要过大，以免内容太宽泛或难以完成。2. 选择自己了解、并且能够找到足够多参考资料的题目，可以通过文献检索确认资料搜集的难易程度。3. 开题报告非常重要，尽量清晰地说明论文写作的整体思路和框架，以便教师给出明确的指导意见，防止在写作阶段推翻重做。4. 在资料搜集过程中，以索引的形式做好资料的保存和分类整理，以免花费大量时间重复查找
5、。5. 在开题、写作阶段，可通过平台与教师多进行沟通，减少无效提交的次数。三、成绩评定1. 毕业论文的成绩按百分制评定。2. 查重率高于40%，不予通过。3. 查重率不高于40%，按以下标准评分（此评分标准仅适用于未被判定为抄袭的学生）：类别分值评分细则查重率10分查重率以0为起点，每增加4%，扣1分。格式规范性30分a.论文含有中文摘要、关键词、目录、正文、参考文献、谢辞等，正文包括引论、本论、结论三部分；b.论文各部分格式规范；c.正文字数不少于4000字；根据学生的写作情况，不符合要求的酌情扣分。学术水平与应用价值60分a.能够联系实际，有自己的见解，有一定的理论或实际参考价值；b.中心
6、明确，论据充分；c.结构严谨，文字流畅，使用专业语言。根据学生的写作情况，不符合要求的酌情扣分。四、优秀毕业论文范文参考：范文1：开题报告格式正确，进度及思路清晰山东大学继续教育学院本科毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目 电梯PLC控制系统设计 姓 名 学 号 年 级 专 业 学习中心 指导教师 填表日期 山东大学继续教育学院一、选题背景与意义（为什么选这个题目？本选题的理论或应用价值是什么？） 随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行
7、的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。 目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯
8、控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。 可编程控制（ProgrammableController）系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。 二、研究内容（本选题主要研究内容与研究框架） 本设计的是一个三层的客用电梯，单
9、层高度为3.1m，整体高度为12.7m。其基本任务是根据不同楼层客户需求，及时响应，实现自动平层，开关门，超重提示，实现上下限位，门层联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。在整个运行过程中，检测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯安全稳定运行，在故障情况下，制定相应的安全策略。具体设计要求如下:（1） 轿内指令的登记与清除。 （2）轿外召唤的登记与清除。（3） 自动开关门，电梯到达预定层并停靠后应自动将门打开。电梯未平层后运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。有专职司机状态下，按下关门按钮，关门后自动运行；无专职司机状态下，延时后自动运行。（4） 楼层指示。电梯运行层显示为数字显示。（5
10、）自动选向电梯应根据所处楼层和轿内指令确定的目的楼层（无司机状态还应包括召唤信号确定的目的楼层）自动的选择运行方向。实现顺向截车和最远层站的反向截车。（6）自动运行。运行过程中的加速、减速等速度变化应该自动进行。换层、平层等位置控制应该采用较、先进的相对计数方式。（7）应具有各种相应的安全保护以及报警、照明等功能。如电梯具有消防运行控制，具有超载不开电梯功能，具有防夹人功能等。（8）电梯运行状态由三挡位钥匙开关实现。电梯运行状态由司机，无司机和检修三种状态组成。检修状态时，点动控制开门，电梯慢速点动上下，以利于维修。 （9）在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的
11、外呼梯信号均不响应，但如果某反向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应应该外呼梯信号。 （10）电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。如，在电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯信号。 利用PLC的结构简单，编程容易，可靠性高，抗干扰能力强等优点，对电梯施行更全面，更有效的控制。根据电梯实际控制的要求，首先设置两个独立的数据通道，即当前位置通道和呼梯指令通道。电梯当前层位置信号与当前楼层号相对应，当前楼层号以十进制立即数的形式作为当前位置200里的内容被“记忆”保存，表明电梯当前所处的位置。同理，每一个呼梯信号也都对应一个十进制立即数，指令通道201专门用来存放当前呼梯信号所对应的最
12、大立即数。呼叫信号的处理应该进行综合处理，对应楼层的综合呼梯信号应该按照高楼层优先的原则进行信号优先级排队。 在本设计当中,和现如今的电梯的要求大同小异，主要有两个核心问题需要解决：一是运行效率，平层精度和安全性的要求；对于第一个问题，选择合适的PLC，进行合适的编程和设计就可以实现，对于本设计，我选用的PLC是西门子S7-1200型可编程控制器；二是PLC实现电梯信号控制和软件开发。对于第二个问题，要根据本设计中电梯的要求和PLC顺序执行程序的特点，PLC编程主要是采取模块化编程思想，即根据各模块所要实现的功能及原则来编写各个功能模块来实现。 图1为电梯PLC电梯控制系统框图，主要硬件包括P
13、LC主机及扩展、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、安全装置、显示装置、调速装置与主拖动系统等。控制系统的核心为可编程控制器(PLC)，操纵盘、呼梯盒、位置、安全保护及变频器工作状态等信号输入PLC，经PLC运算处理后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示信号，通过变频器向主拖动电动机发出控制信号。对于本设计中的电梯系统，从前面的设计内容可以看出主要有三大块需要我们来一一解决：主要包括信号控制系统，拖动控制系统，还有可编程序控制器部分。对于这三个方面，我们对其采用以下技术方案来进行解决。（1）信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现，电梯信号控制系统如图2所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式
14、选择（如有/无司机、检修等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 图1.电梯PLC信号控制系统框图 （2）电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成拖动控制系统电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于所设计的是一个办公楼上的乘客电梯，梯速为1m/s，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。故在制动过程中采用了三档延时切换控制。电气控制电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路
15、和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路，也可以是电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。 （3）PLC系统部分电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电梯运行过程中轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定的输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前提。 轿厢位置检测装置俗称选层器
16、，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。 位置检测方法主要有如下几种： a.用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。 b.利用稳态磁保开关。这种方
17、法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。 c.利用旋转编码器。目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。 根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，而且根据输入和输出点的个数。 输入信号：桥厢内的楼层选择按钮1-3，开门按钮1个，关门按钮1个，安装与各楼层的电梯停靠位
18、置的3个传感器，平时为常开，当电梯运行到平层时关闭；有/无师傅1个，检修1个，报警和超重感应器2个，上下平层感应器2个，即有输入点27个； 输出信号：桥厢内呼叫指示指令有3个，分别表示一层到3层呼叫被接受，并在呼叫指令完成后信号消失；电梯上和下指示2个，一到3层层数指示3个，报警显示和超重报警显示2个，即有输出点27个。综合考虑后，选择了西门子的7-1200芯片。 基于本设计的闭环矢量系统的建立，在本设计中我选择西门子MM440变频器，适用于一切传动装置，具有高级的矢量控制功能(带有或不带编码器反馈)，可用于多种部门的各种用途，其中用来控制电梯是最为理想的变频器。 而对于变频器容量的设定，可根
19、据曳引电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引电机功率为P1电梯运行速度为v,电梯自重为w1，电梯载重为w2，重力加速度为g，则：()P1=K2V(W1+W2)g+F1 F1=K2(W1+W2)g+=式中k1为摩擦系数，k2为可靠系数。确定曳引电机功率后，根据变额器额定电流大于电动机最大工作电流原则，则可选定变频器的容量。本电梯系统由轿厢，曳引机构，开关门机构，PLC，变频器及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的控制变频器，并测量曳引电机的转速，构成闭环矢量控制系统，系统结构框图如下： 图2.系统结构框图曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机
20、通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。三、 时间进度安排 主要是查阅相关资料，完成开题报告的撰写和外文翻译，为后面的设计提供总的设计思路和理论准备。总体安排和进度如下： 1、2018.2.5-2018.2.7完成文献综述、外文翻译和开题报告； 2、2018.2.11-2018.3.11完成模具的主体结构和辅助装置的结构设计； 3、2018.3.20-2018.3.25完成零件图和装配图的绘制； 4、2018.4.10-2018.4.20撰写说明书、打印初稿； 5、2018.4.20-2018.5.2定稿，准备答辩课件。预期结果
21、： 1、完成开题报告的书写，五千字左右的论文综述和两千单词以上的外文翻译； 2、所设计的心型台灯模具结构合理，选择的材料和工艺能满足要求。 3、完成两万字左右的论文撰写。四、 主要参考文献1 台方.可编程控制器应用教程M.北京：中国水利水电出版社，2001，92 武锋.可编程控制器PLC的基本原理及应用J.电子世界，2002，（11）3 张福恩等.交流调速电梯原理、设计及安装维修M.北京：机械工业出版社，19914 唐勇奇，赵葵银.电梯变频调速PLC控制的设计与实现J.电机电器技术，20005 张凤池.现代工厂电气控制M.北京：机械工业出版社，20006 刘载文、彭莉萍、张远峰.电梯实时远程计
22、算机监控网络与故障诊断专家系统J.电气传动，19987 王永华.现代电气控制及可编程控制技术M.北京航空航天出版社，20028 李世基.微机与可编程控制器M.北京机械工业出版社，19949 郭肖永.浅谈PLC安全性J.化工自动化及仪表，199810 张万忠.电器与PLC控制技术M.北京化学工业出版社，200311 李方园.PLC工业应用实践M.中国电力出版社,2001:12-58.12 西门子（中国）有限公司.SIMATICS-200可编程序控制器系统西门子手册.指导教师意见：指导教师（签名）： 年 月 日 范文2：该论文通过查阅有关直驱型风力发电系统的相关资料，运用自身所学知识对课题进行较为
23、深入的分析和研究。论文格式正确，结构科学、条理清晰，图表排版正确，图名编号完备，符合所要求的标准和规范。山东大学继续教育学院毕业论文(设计)题 目 直驱型风力发电系统低压穿越控制研究 姓 名 学 号 年 级 专 业 电气工程及其自动化 学习中心 指导教师 填表日期 山东大学继续教育学院目 录摘 要51、绪论61.1 课题背景及研究的目的和意义61.2 国内外直驱型风力发电系统研究现状61.3 国内外低压穿越研究现状62、低压穿越技术原理与相关概念72.1 变速风力发电系统的工作原理72.2 提高直驱型风力发电系统的低压穿越运行能力的措施72.3 直驱型风力发电系统简介73、系统控制策略分析83
24、.1网侧 PWM 变换器控制策略83.2 低压穿越控制要求113.3 低压穿越控制运行的实现114、系统仿真及分析154.1静止无功发生器控制仿真实现154.2三相电压源型PWM变换器控制仿真及分析164.3低压穿越控制仿真及分析185、结束语24参考文献25谢 辞26摘 要近年来，随着我国风电产业的蓬勃发展，风力发电系统并网运行中的低压跌落故障穿越控制研究也正成为了国内的研究热点。本文在现有文献的基础之上，以直驱型永磁同步风力发电系统为研究对象，主要针对其低压穿越运行能力和控制方法问题展开了理论分析与仿真研究。首先，介绍了风力发电近几年的发展现状和发展趋势，分析了低压穿越控制实现的基本思路，
25、提出了一种新的低压穿越控制策略，并做了详细阐述。对传统控制方案和改进方案进行了仿真验证和比较，从而可知改进的控制策略能够更好地稳定控制直流侧电压，保证系统的安全运行，实现系统的低压穿越。仿真结果可以得出，给出的控制策略可以更好为系统低压穿越能力提供可靠保证，为实际的控制系统设计提供了一定的参考作用。本设计的目的在于了解风力发电的特点及研究现状；掌握低压穿越技术原理与相关概念，针对电压跌落后电力系统的暂态过程进行相关研究，建立相应的拓扑模型和仿真模型，进行仿真分析，提出有效的提高风力发电机组提高低压穿越能力的方法。关键词：直驱型风力发电系统；永磁同步发电机；低压穿越控制1、绪论1.1 课题背景及
26、研究的目的和意义随着时代的发展，世界能源的消耗十分严重，石油、天然气等不可再生资源的消耗十分快速，生态环境的破坏日益严重，人们对新能源的需求十分迫切。风能具有可再生性，无污染等特点，备受人们的关注。开发利用风能已经是众望所归。中国的能源消费十分巨大，且环境污染较为严重，急需开发新的清洁的、可再生能源。早在二十一世纪初期，中国就相继颁布了一系列法令，支持风力发电的发展。开发利用可再生能源，是建设资源节约型社会、实现可持续发展、保护生态环境的必由之路，同时也是促进经济发展，经济转型，增加社会就业岗位的良好选择。近几年来，中国和国际社会都致力于减少温室气体的排放和保护环境，同时还大力促进可再生能源的
27、应用。中国的风力资源十分丰富，开发利用风能，不仅可以促进我国风力发电产业的发展，还能促进我国能源结构的调整，减少温室气体的排放，从而改善生态环境。对建设资源节约型社会具有重要意义。中国风能资源的开发利用处在世界领先水平。但风力发电设备却出现了产能过剩现象。究其原因是风力发电系统并网控制运行环节出现了问题。改善和提高风力发电系统并网技术控制环节，保证电网的正常供电是当前风力发电研究的一个重点和难点问题。1.2 国内外直驱型风力发电系统研究现状近几年来。直驱型风力发电系统的发展十分迅速，它利用风力机直接驱动永磁同步发电机，将发电机输出的电能经过变换电路后与电网并网运行。省去了高速齿轮箱这一部件，这
28、样可以提高系统的效率，降低系统噪音，减少系统故障，提高系统使用寿命和减少维修成本1。国外对直驱型风力发电机的研究始于二十世纪九十年代。在1992年，德国ENERCON 公司就已经开展了直驱型风力发电系统的研究工作，时隔五年，该公司就生产出了E-X 等系列型号直驱型风力发电系统，并受到其他开发商的广泛关注。随着时间的发展，直驱型风力发电系统越来越受到人们的青睐。我国的中小型风力发电系统很多都是采用直驱型风力发电系统。我国是世界上生产、应用直驱型风力发电系统最多的国家。直驱型风力发电系统制造技术也是处于世界领先地位，同时我国还拥有全世界最多的大型并网直驱型风力发电系统生产企业。目前，双馈式风力发电
29、系统虽然应用广泛，但是直驱型风力发电系统越来越受到人们的关注。1.3 国内外低压穿越研究现状随着科技发展，人们对电能质量的要求也越来越高。当前电网电压跌落故会影响用电安全，同时对其进行的故障诊断和运行控制能力分析已经成为当前研究的重点问题。很多学者对此进行了大量的研究和分析工作2。风力发电系统一般位于比较遥远偏僻的地方，通常情况下连接在公共电网支路的末端，与电网连接需要借助于长距离的架线才能实现，所以很容易受到线路故障的影响。即便是电力系统中的故障发生点距离风机较远，也会对电网造成短时间的扰动，这种故障现象叫做电压跌落。一般这种情况发生时会导致风机被迫停机离网，特别是在电网电压出现瞬间跌落故障
30、时，交流侧电流会出现短时间的过流。对于一个风力发电所占比例较大的电网来说，这种情况是不允许出现的，因此这会对电网的稳定性和可靠性构成严重的威胁。2、低压穿越技术原理与相关概念2.1 变速风力发电系统的工作原理自然界的风以一定的速度和攻尖角作用在风力机的桨叶上，使得桨叶在风力的作用下做旋转运动，也即产生旋转力矩而转动，实现了从风能到机械能的转换。通过风力机与发电机之间的轴系装置带动发电机的旋转运动，使其发出随着风速的变化，幅值和频率也都在变化的交流电，从而完成了机械能到电能的转换过程。由风力发电系统发出的交流电在并入电网之前，还需要经过功率变换装置将幅值和频率不断变化的交流电变换成与电网电压保持
31、同相位同频率的交流电，然后才可以通过升压变压器接入公共电网。相对于恒速恒频风力发电系统而言，由于风力发电系统输出电能的是电压相位和频率固定不变的，只是输出电流大小有变化的交流电，所以仅需要简单的变流电路和施加相应的简单控制措施就可以实现并网运行3。2.2 提高直驱型风力发电系统的低压穿越运行能力的措施一般采取的主要措施分为三类：其一，也是最简单的办法，就是选择耐压值和过流能力比较强的电力电子元件，但是这种办法会增加不必要的整个机组系统成本，可行性比较差；其二是通过在直流侧增加过压保护电路，也即 Crowbar 电路，在故障期间由 Crowbar 电路吸收多余的能量，借助与网侧 PWM 变换器的
32、配合，保持直流侧电压的安全稳定和功率平衡，实现了直驱型风力发电系统可以继续安全的并网运行，比较多的实际应用已经证明该方法可以起到提高低电压穿越运行的能力；再一种就是改进风力发电机系统的控制策略，通过对直驱型风力发电系统控制策略的改进，以实现提高低电压穿越运行能力的目的，这也是目前风力发电并网领域的研究热点之一4。2.3 直驱型风力发电系统简介在直驱型风力发电系统中，由于风力机与发电机转子直接耦合，所以发电机定子端输出的电压幅值和频率都是跟随者风速变化而变化的。其基本结构图如下 2-2所示。永磁同步发电机不与电网直接相连，而是通过全功率变换器连接到电网，因为风力发电机组与电网之间通过全功率变换器
33、实现了隔离，与双馈式风力发电系统相比，直驱型风力发电系统在非工况运行是表现出了更大的优势，同时直驱型风力发电系统还具备灵活的无功功率控制能力5。要实现并网运行，必须保证系统输出端电压的幅值、频率、相位等参数与电网保持一致。图 2-1 直驱型风力发电系统基本结构当电网发生跌落故障时，风力发电系统必须保持与电网的连接，只有当跌落故障严重时才允许离网，所以风力发电系统必须具有较强的低电压穿越能力。直驱型风力发电系统由于是通过功率变换装置与电网隔离，在电压跌落故障发生时，可以通过对功率变换装置采取相应的控制策略，实现系统的运行基本不受电网跌落故障的影响，并且可以在故障消除后，快速的恢复正常工作状态6。
34、因此可以说，直驱型风力发电系统相对于传统双馈式风力发电系统来讲，具有较强的低电压穿越能力。3、系统控制策略分析3.1网侧 PWM 变换器控制策略3.1.1 电压定向矢量控制策略电压定向矢量控制的控制结构，通常为电流内环、电压外环。这样有利于电流控制内环在静止坐标下的设计，并能取得更高的控制精度和响应速度。在同步旋转坐标系下，重新设计电流控制内环，用直流量代替交流分量作为控制对象，这样便于闭环控制器的设计，同时也是当前广泛应用的传统的控制策略。同步旋转坐标系下的三相电压源型 PWM 变换器的电流方程为：（3-1）图 3-1 在、 坐标系和d 、q坐标系下的网侧电压电流矢量图由图3-1和公式可知当
35、系统处于稳态时，id、iq 都是直流分量，其微积分项的结果都会是零，因此当系统处于稳态时，其控制方程为：（3-2）由公式3-2可知，系统的前馈分量ed可以有效抑制网侧电压波动所产生的扰动；Lid和Liq实现了无功电流和有功电流的独立解耦控制。图3-2表示的是在同步旋转坐标系下，三相电压源型 PWM 变换器的电压定向控制。图 3-2 同步旋转坐标系下的电压定向矢量控制框图设电压控制外环的比例系数为kpu，其积分系数设为kiu，同时电流内环的比例系数设为kpi，其积分系数设为kii，则得到系统控制的公式3-3，在式中，为取得阶跃响应的最佳效果，通过“一阶最佳”原则确定kpi和kii。为保证良好的调
36、节性能和系统稳定，则通过“模最佳”原则确定kpu和kiu。（3-3）3.1.2直接功率控制策略直接功率控制实现了网侧有功功率和无功功率的解耦控制。具有优异的动态响应性能。由于有功功率和无功功率的计算可以在静止坐标系下完成，所以简化了坐标变换过程，并且脉冲输出可以由开关表确定，可以省去脉宽调制算法，进一步简化计算。图 3-3 直接功率解耦控制框图根据瞬时无功功率的理论可以得到，有功功率P 和无功功率Q在三相静止坐标系以及两静止坐标系下的表达公式如下所示：（3-4）3.1.3 网侧 PWM 变换器控制策略优缺点 在上述分析中，我们可以看到两种控制策略在动态和稳态性能上都存在各自特征，并且其算法的复
37、杂程度也存在很大的差异性。在这里，我们把两种控制策略进行比较：电压定向矢量控制的优点在于通过坐标变换调节有功电流和无功电流，从而实现了二者的解耦控制；基于同步旋转坐标系的控制系统设计具有良好的静态性能。但它也存在很明显的缺点，那就是在控制过程中需要进行复杂的坐标变换和解耦算法。其闭环设计是最关键的，参数设置也十分复杂；网侧电压畸变会对坐标定向产生影响。直接功率控制具有对有功功率和无功功率进行直接控制的优点，以及动态响应快的特点；缺点是瞬时值控制需要更高的采样率和芯片运行速度；网侧电压畸变很容易对有功功率和无功功率的计算产生影响。3.1.4 改进的双闭环解耦控制策略在分析系统暂态和稳态特性的基础
38、上，基于上述两种控制策略，现提出一种改进控制策略，如图 3-4 所示。图 3-4 改进的双闭环解耦控制框图新控制策略的主要有二个优点：一是直流侧电压和有功回路的控制，取消了传统的控制策略，通过对电网侧有功功率的去耦控制实现直流侧电压稳定，有效给定的电流参考值由系统直流侧前级不可控整流电路的有功功率输出控制，保证了系统在正常运行时的最大有效效率传递效率，以及闭环前级Boost升压电路使用系统的直流侧电压控制来稳定直流侧电压，从而达到了直流侧电压和电网侧PWM变换器的分离控制的目的，减少电网侧电压故障对直流侧电压的影响，使得直流侧电压更加稳定。二是在控制无功功率和无功电流环路方面。无功功率电流环的
39、参考值不再通过电网侧功率计算取得，而是通过网格侧电压幅度的实时跟踪获得无功电流的参考值，可以方便直接检测电压降深度，使得系统反应更迅速，控制更精确。3.2 低压穿越控制要求在电网产生电压降故障时，PWM转换器往往会加大输出电流稳定输出功率，一旦超过电流调节上限，就会使得输入输出功率失衡。风力发电机捕获的风能没有出现明显变化，直接驱动风力发电系统产生的电力不能完全发送，并储存在直流电容中，这会引起直流母线的电压迅速上升。过大的电压电流会损坏直流母线和转换器设备，如果在不合适的情况下采取有限的措施，很可能会使得系统崩溃7。根据电网电压跌落故障对直驱型风力发电系统的不良影响以及相关规定，可将低压穿越
40、运行的控制要求归纳为：（1）在电网电压降故障期间实现了风力发电系统的不间断运行，减免了风力发电系统频繁接入和切断电网对电网系统其它部分的有害影响。（2）为电网跌落故障期间累积的能量提供一定的安全适当通道，用以保护直流侧电容器件和功率器件的安全，使得对发电机机械力矩的影响得到了有效减少。（3）根据电网电压跌落故障深度的具体情况适时的向电网提供适当的无功功率补偿用以协助电网恢复正常运行，使得网侧电压崩溃的可能性得到有效降低。3.3 低压穿越控制运行的实现直驱型风力发电并网系统的全功率变换器，将发电机和电网分离开了，所以当电网电压出现跌落现象时，我们可以对网侧 PWM 变换器和直流侧进行有效调节，使
41、得发电机和机侧转换器正常运行，系统也可以灵活地进行无功功率调节，从而实现电网的无功功率补偿8。3.3.1 直流侧增加 Crowbar 保护电路策略为直流侧添加 Crowbar 硬件保护电路，可以有效地避免因电压和电流过大，而损害直流侧电容器件和功率设备。这种策略主要是通过平衡功率来解决电流侧电压和电流过大的问题。第一种是采用卸荷电阻作为 Crowbar 保护电路，如图 3-5 所示。系统正常工作情况下不投入卸荷电阻；当电网发生短路故障时，会引起直流侧电压上升，此时投入卸荷电阻用以消耗掉多余的能量，使风力机和发电机的运行基本不受到影响。这种方法简单，且可靠，但需要考虑阻性负荷和散热问题。图 3-
42、5 带卸荷电阻的 Crowbar 电路第二种是在直流侧增加储能装置的 Crowbar 电路，如图 3-6 所示。该电路采用 2个串联的绝缘栅双极晶体管（IGBT）将直流侧电容和储能装置连接起来，能量可以双向流动。当直流侧电压过高时，把多余的能量存储在储能设备中；当直流侧电压低于预定值时，把储能设备中储存的能量释放出来为电容充电9。这种方法可以多次利用能量，并可以稳定直流侧电容两端电压，缺点是增加额外的储能设备会加大系统成本。图 3-6 带 ESS 储能装置的 Crowbar 电路第三种是将辅助变换器的 Crowbar 电路并联于电网和直流侧之间，如图3-7所示。网侧 PWM 变换器一般采用绝缘
43、栅双极晶体管（IGBT）作为开关器件，由于 IGBT器件固有的电压、电流裕量受限等条件，所以故障发生时必须限制电流的输出；由于辅助变换器一般可以选择成本相对较低的晶闸管（SCR）作为开关器件可以借助增加的辅助变换器与网侧 PWM 变换器并联构成功率容量等级更大的变换器。在电网发生跌落故障时，可以使电流的大部分从辅助变换器并入电网，从而达到保持直流侧功率平衡的目的10。这种方法的优点在于：即使发生故障，也能对电网进行全部输出功率，不会浪费能量，缺点是得额外增加更大的辅助转换器，同时在故障发生和结束的瞬时要对网侧 PWM 变换器和辅助变换器进行快速切换，所以会使得系统成本增加，操作更复杂。图 3-
44、7 带辅助变换器的 Crowbar 电路由上述三种方法可知，每种方法都有自身优点，同时也存在缺点，综合以上方法，针对电压降现象发生频繁，且持续时间较短等特征，有必要寻找一种，在不增加外部电路的前提下，仅通过改善系统自身的并网运行控制策略就能够实现低压穿越的方法。3.3.2 传统的网侧无功补偿的控制策略基于通过增加直流侧 Crowbar 电路实现低压穿越运行能力存在的诸多不足，在此考虑依靠风电系统本身的无功补偿能力解决短时的电压跌落故障。网侧 PWM 变换器一般采取传统的电网电压定向矢量控制，实现了有功和无功的独立控制，即通过调节q轴电流就能够控制输入电网的无功功率。图 3-8 传统的网侧 PWM 变换器控制策略框图传统的网侧 PWM 变换器控制框图如图 3-8 所示，为采用电压外环，电流内环控制结构的电压定向矢量控制策略。分别对三相电网侧电压、电流进行采样，并且借助锁相环 PLL 得到三相电网电压相位信息，也即电压角g ，在此基础上经过坐标变换便分别实现了网侧电压和网侧电流解耦控