无刷双馈风力发电机最大风能追踪控制系统研究

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1、学校代码10530学号201510171795分类号TM46密级公开硕士学位论文无刷双馈风力发电机最大风能追踪控制系统研究学位申请人高炳春指导教师刘勇副教授学院名称信息工程学院学科专业控制科学与工程研究方向电力电子与自动化装置2018年6月6日ResearchonMaximumWindEnergyTrackingControlSystemofBrushlessDouble-FedWindGeneratorCandidateGaoBingChunSupervisorAssociateProfLiuYongCollegeCollegeofInformat

2、ionEngineeringProgramControlScienceandEngineeringSpecializationPowerElectronicsandAutomaticDeviceDegreeMasterUniversityXiangtanUniverityDateJune6th2018摘要随着传统化石能源的匮乏以及环境污染问题的日益严重，引起了世界各国对新能源开发和利用的普遍重视，同时也促进了新能源技术的飞速发展。风能作为未来重要的清洁可替代能源之一，市场前景广阔。无刷双馈电机（brushlessdoubly-fedgenerator

3、，BDFG）作为一种新型的交流电机，去除了传统双馈电机中的电刷集电环，具有可靠性高、所需变频容量小、运行方式灵活等优点，在风力发电和变频调速领域均具有良好的应用前景。本文对无刷双馈风力发电机进行的主要研究工作如下：（1）综述了风力发电系统的发展趋势，对常见的几种变速恒频风力发电系统进行了说明，其中突出了无刷双馈风力发电系统的潜在优势。重点分析了无刷双馈电机的研究现状和主要的控制方法。（2）介绍了BDFG特殊双定子绕组的基本结构和运行原理，详细分析了无刷双馈电机在亚同步、同步和超同步运行状态下的能量转换关系及功率流向问题，同时建立了BDFG在转子速坐标

4、系和双同步速坐标系下的数学动态模型。（3）通过分析风力机的运行特性及最大风能捕获机理，建立了风力机模型，得到风力机的最佳功率曲线。对于BDFG能量双向流动的特点，采用双PWM变换器进行控制。以网侧变换器为研究对象，通过矢量解耦控制使网侧变换器能分别工作在整流和逆变状态，实现了电机与电网之间的能量双向流动。针对目前对BDFG空载并网策略研究较少的问题，本文通过参考双馈电机空载并网策略，推导出BDFG空载并网仿真模型。同时研究了发电并网阶段的控制策略，完成功率解耦及最大风能跟踪控制。最后提出了一种基于无刷双馈发电机的柔性并网和解列控制方案，通过仿真分析了

5、该方案的可行性。（4）针对无刷双馈风力发电系统，首先考虑转子耦合电流和控制绕组电流对BDFG功率绕组无功的约束限制。之后通过分析无刷双馈电机在发电机惯例下的稳态等效电路，准确计算出电机的参考有功和无功功率，找到电机的铜耗与无功功率的函数关系，提出了基于最低损耗下无刷双馈电机的最大风能追踪的控制方法，寻找最优无功功率对应的最低铜耗，保证BDFG在追踪最大风力的同时达到最低铜耗的目的。并在Simulink的环境下构建控制系统仿真模型，验证了所提方法的有效性和可行性。关键词：风力发电系统；无刷双馈电机；最大风能追踪；功率控制；等效电路IAbstractWi

6、ththescarcityoftraditionalfossilfuelsandthegrowingproblemofenvironmentalpollution,ithasarousedtheattentionofallcountriesintheworldtothedevelopmentandutilizationofnewenergy,andhasalsopromotedtherapiddevelopmentofnewenergytechnologies.Asoneoftheimportantcleanalternativeenergysour

7、cesinthefuture,windenergyhasbroadmarketprospects.AsanewtypeofACmotor,thebrushlessdouble-fedgenerationeliminatesthebrushcollectingringinthetraditionaldoubly-fedgeneration,andhastheadvantagesofhighreliability,smallrequiredfrequencyconversioncapacity,flexibleoperationmode,andwindp

8、owergenerationandfrequencyconversion.Speedfieldshavego