变速恒频双馈风力发电系统控制策略研究

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1、要能源、电力紧缺及环境污染问题日益突出。可再生能源作为未来最重要的清洁替代能源之一，对于缓解能源匮乏具有非同寻常的作用。与常规风力发电系统相比，变速恒频双馈风力发电系统由于能大大减小变流器容量而备受人们关注。本文围绕风力发电中的若干关键技术，进行深入研究，文章的主要工作如下：文章首先介绍了变速恒频双馈风力发电系统的基本原理，详细描述了风力机、双馈发电机和PWM变流器的作用。然后针对转子侧变流器分别建立风力机的数学模型、双馈发电机的稳态数学模型和动态数学模型。在此基础上针对双馈电机的特点，制定了基于电网电压定向的空载并网

2、和负载并网两种柔性并网的控制策略，并对两种柔性并网方式进行分析和比较；完成仿真和实验研究。在对并网后发电的控制研究中，文章改进了双馈发电机正弦稳态等效电路的数学模型，推导了发电机运行时所需的无功功率与转速、定转子电流间的关系。针对桨矩角恒定时功率曲线的单峰特性，提出了一种不依赖最佳风速．功率．转速曲线自动跟踪曲线极点的方法。在考虑发电机及变流器损耗的基础上，提出了MPPT控制应以系统总输出最大为目标的观点，设计了转速、无功外环和电流内环的控制策略，实现了定子输出有功功率与无功功率的解耦控制及最大功率点跟踪策略，完成仿真

3、及实验验证。针对网侧PWM变流器，文章首先建立了网侧PWM变流器的数学模型，然后根据数学模型，详细介绍了该PWM变流器的两种控制策略：带有电流前馈闭环的幅相控制以及基于变流器由轴模型的直接电流控制，进行了相应的仿真及实验研究。关键词：风力发电、变速恒频、双馈发电机、柔性并网、最大功率点跟踪6ABSTRACTEnergy,electricityshortagesandenvironmentalpollutionproblemhavebecomemoreandmoreserial．Renewableenergyhasbec

4、omeoneofimportantrenewableandno-pollutionenergywhichhaseffectonslowingdowntheenergyshortages．Comparedwithconventionalwindpowergenerationsystem，peoplepaymoreattentiontovariable-speedconstant-frequency(VSCF)windpowergenerationsystemwithdoubly-fedinductiongenerator

5、(DFIG)becauseofitssmallercapacityconverter．Inthispaper,thekeytechnologiesrelatedtowindpowergenerationhavebeenanalyzedthoroughly．ThepaperpresentsbasicprinciplesofVSCFwindpowergenerationsystemandthenadetaileddescriptionofthewindturbine，doubly-fedgeneratorandthePWM

6、converter．Thenintermsoftheinverter,themathematicalmodelofwindturbineandDFIGaresetup．AccordingtocharacteristicofDFIG,thepaperproposestwomethodsofflexible鲥d—connection：idlegrid-connectionandloadgrid-connection,whichbasedongridvoltageorientation．Thentwomethodsoffle

7、xiblegrid—connectionhavebeenanalyzedandcompared．Thesimulationsandexperimentsarefinished．ThesinestaticstateequivalentmathematicalmodelofDFIGisimprovedtomakeitsphysicalmeaningclearer,andthendeducestherelationshipamongthereactivepower,rotatespeed，statorandrotorcurr

8、ent．Accordingtocharacteristicofcurvewhenthepitchangleisconstant，amethodwhichcouldtracethecurvepolepointautomaticallywithoutdependenceontheoptimalwindspeed-power-rotat