基于双馈感应电机的风力发电系统研究

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1、捅要能源危机与环境污染促使人们重视风力发电技术。本文以变速恒频风力发电系统中双馈感应发电机的运行控制与空载并网控制为主题，进行了理论分析和仿真研究。与多数文献中基于磁场定向不同，本文基于直接转矩控SJI(DTC)对DFIG进行控制，再配以对风轮机的桨距角调节，实现从低风速到高风速的风力发电整体平稳运行；受DTC思想启发，尝试对DFIG提出了一种直接电动势控制(DEC)策略以实现对DFIG的空载并网控制。仿真实验结果表明所提出的运行控制策略与并网控制策略是有效的，对工程应用有一定参考价值。本文完成的主要工作：(1)介绍了当前几种变速恒频风力发电系统并给出了风速、风力机和双馈电机传动系统的数

2、学模型。在不同坐标系下建立了双馈感应电机的动态数学模型，并对双馈电机超同步和亚同步运行时(电动状态和发电状态下)的能量流动关系分别做了叙述。(2)通过Matlab／Simulink建立了风力机和传动系统的仿真平台，给出了变速恒频双馈发电系统总体控制架构，介绍了当前双馈变速恒频风力发电系统主要采用的控制方法，其中包括矢量控制、直接转矩控制和直接功率控制，并对他们的具体控制策略进行了阐述。(3)借助于风速、风力机和双馈电机传动系统的数学模型，将三者进行联合调试建立了完整的双馈风力发电控制系统的仿真平台。基于已有的理论知识，尝试给出了一种基于直接转矩控制(DTC)理论的整体控制策略，并借助Ma

3、tlab／Simulink所建立的仿真平台对该整体控制策略进行了从低风速到高风速的仿真研究，仿真结果表明了该策略的可行性。(4)随着风力发电机组单机容量的增大，风力发电系统在并网时会对电网比较大的冲击，因此采用合理的并网技术是一个不容忽视的问题。受直接转矩控制(DTC)思想的启发，尝试提出了一种直接电动势控制(DEC)策略。仿真结果表明该控制策略并网时对电网的冲击小，是一种可行的实现方案。关键词：变速恒频风力发电系统；双馈感应电机；直接转矩控制；直接电动势控制；空载并网AbstractTheenergycrisisandenvironmentalpollutionmakespeoplea

4、ttachimportancetothewindpowertechnology．Inthispaper,variablespeedandconstantfrequencywindpowergenerationsystem(VSCF-WPGS)ofdoubly-fedinductiongenerator(DFIG)operationalcontrolandno—loadgrid-connectioncontrolasthetheme，thetheoryanalysisandsimulationstudies．Differentwithmostliteraturebasedonthefiel

5、dorientedcontrol(FOC)，thispapercontrolDFIGbasedonthedirecttorquecontrol(DTC)，together丽tllthewindturbinesonthepitchangleadjustment,realizefromthelow、加ndspeedtothehi曲windspeedofwindpowertothewholertmningsmoothly．EnlightenedbyDTC，DFIGattemptstoputforwardakindofdirectelectromotive-forcecontrol(DEC)st

6、rategytorealizethecontrolofDFIGno—loadgrid-connection．Thesimulationresultsshowthattheproposedoperationcontrolstrategiesandgridcontrolstrategyiseffectiveforengineeringapplication,hascertainreferencevalue．Thepapermainlycompletework：(1)IntroducesthecurrentseveralVSCF-WPGSandgivesthewindspeed，windtur

7、binesandDFIGdrivesystemofthemathematicalmodel．EstablishedtheDFIGdynamicmathematicalmodelindifferentcoordinatessystem，super-synchronyandsub—synchronyoperationinDFIG(electricpowerstateandpowerstate)andtherelationshipbetw