定子双绕组感应风力发电系统关键技术的研究

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1、中图分类号：TM614，TM761学科分类号：080804论文编号：102870312．B012定子双绕组感应风力发电系统的关键技术研究研究生姓名施凯学科、专业研究方向指导教师电力电子与电力传动风力发电胡育文教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二O一二年十月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonKeyTechnologiesfortheDualStator-WindingInductionGeneratorWindPowerS

2、ystemAThesisinElectricalEngineeringbyShiKaiAdvisedbyProf．HUYuwenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyOct，2012承诺书本人声明所呈交的博／硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特另tiDN以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分

3、内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：立圣堑日,ttl：坦f2：I2：兰兰卿住lf、口j跏善≯jlD、2多’南京航空航天大学博士学位论文摘要随着化石能源的快速消耗和环境污染的日益严重，开发和利用可再生能源替代有限的化石能源，己成为最现实的战略选择。而风电作为最清洁的可再生能源之一，己受到全世界的广泛关注，并在近年内得到了飞速的发展。陆上风电场的不断开发，使得可开发且经济的风场日趋变少，并且占地过多，大量的自然植被被破坏，以及造成的环境负面效应等原因己迫使风电场转向海上发展。而随着海上风电场的离岸距离日

4、渐变远，基于电压源换流器的直流集电输送方案将成为海上风电集电输送的主要选择。这就使得探索和研究可直接输出高压直流电的风力发电机系统成为了未来发展风电的必然需求，在此背景下本文提出将定子双绕组感应发电机(DWIG)系统应用于风力发电，研究自主知识产权的风电技术。论文针对DWIG风力发电系统的关键技术展开了重点研究，分析了DWIG的数学模型和DWIG风力发电系统的基本控制原理，对电流调制策略进行了更深一步的探讨，提出了一种基于空间电压矢量的滞环电流调制新策略，改善传统滞环电流方法的相间影响，限制开关频率波动，提高电流跟踪性能，使波形更趋于正弦化，并且调试简单，容易实现；为了使系统能够充分利用低风

5、速下的风能，实现宽风速范围运行，提出一种新的DWIG风力发电系统拓扑，对新系统在高低风速两种不同运行方式下的控制策略做了详细的介绍，并针对新系统在拓扑和控制上的特殊性，给出适合于该系统的励磁优化方案，实现了系统在1：4宽转速范围内运行时的励磁交换器容量仅为系统容量的31％；为了实现系统的并网运行，研制了与系统配套运行的全功率并网逆变器，考虑到系统的直流侧电压控制已在发电机侧完成的特殊性，采用了新的双环控制策略，实现稳定运行，性能出色；设计了基于“工控机+数据采集卡+变频器+异步电动机”的风力机模拟系统，解决了在实验室模拟风场运行进行系统实验的难题；提出了适用于DWIG风力发电系统的最大功率追

6、踪控制策略，在不同风速下实现系统输出最大功率，以最大程度地利用风能；研制出一套DWIG风力发电系统的实验室模拟运行平台，包括风力机模拟系统、DWIG发电系统、并网逆变器系统和监控显示系统四部分，可在此平台上进行一系列的实验，验证仿真结果的正确性和控制策略的可行性，并可同时实现系统的并网运行和最大功率追踪。此外，为了验证DWIG风力发电系统在工程应用上的可行性，在室外的实际风场竖立了一台20kW的DWIG风力发电系统机组，为将来的工程实践奠定了坚实基础；最后，对系统在电网故障下的运行进行了分析和研究，并通过仿真验证了DWlG风力发电系统在电网对称和不对称故障时的低电压穿越能力。定子双绕组感应风

7、力发电系统的关键技术研究关键词：定子双绕组感应发电机，风力发电，滞环电流控制，宽风速运行，励磁电容优化，并网逆变器，风力机模拟，最大功率追踪，电压跌落，电网电压不平衡，低电压穿越南京航空航天大学博士学位论文AbstractAsfossilenergyisconsumedrapiNyandenvironmentproblembecomesincreasinglysevere，thechoiceofexploit