高可靠双定子无刷双馈风力发电系统多模式控制策略研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TM315密级：公开UDC：621.3学号：152149高可靠双定子无刷双馈风力发电系统多模式控制策略研究研究生姓名：姜云磊导师姓名：程明申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电气工程论文答辩日期2018年5月24日二级学科名称电机与电器学位授予日期2018年月日答辩委员会主席张枫评阅人张枫、王政硕士学位论文高可靠双定子无刷双馈风力发电系统多模式控制策略研究专业名称：电气工程研究生姓名：姜云磊导师姓名：程明教授中国·南京二○一八年六月本论文获国家自然科学基金重大国际（地区）合作研究项目：

2、新型双定子无刷双馈风力发电系统及其控制（51320105002）资助。MULTI-MODECONTROLSTRATEGYFORDUAL-STATORBRUSHLESSDOUBLY-FEDWINDPOWERCONVERSIONWITHHIGHRELIABILITYADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYJIANGYunleiSupervisedbyProfessorMingChengSchoolofE

3、lectricalEngineeringSoutheastUniversityJUNE2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学方法信息研究所、国家图书馆有权保留本人

4、所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要无刷双馈风力发电机是一种新型的变速恒频电机，与传统的双馈感应发电机相比，该类电机取消了电刷滑环结构，在继承了转差功率变换优势的同时，具有机械结构简单，可靠性高，维护成本低的优势。随着能源危机和环境

5、污染的日益加重，寻找清洁、高效可替代的清洁能源成为国内外的热点课题。风能发电具有成本低、储量丰富、能量密度高的优势，迄今为止仍是最具大规模和商业开发价值的新能源发电方式。在这一背景下，无刷双馈发电机以其独有的优势，在条件恶劣的风力发电场合，尤其是海上风力发电领域具有独特的优势。本文以一种新型双定子无刷双馈电机（DS-BDFIG）为研究对象，该种电机本质上为一体化的级联无刷双馈感应电机，该电机的双定子结构有利于充分利用电机径向空间，具有结构紧凑，功率密度高的优势；同时在设计原理上又与传统的双馈感应电机类似，是一种极有前途的新型风力

6、发电机。为便于对受控对象进行理论分析，论文首先建立了DS-BDFIG在统一坐标系下的数学模型；随后论文在此基础上实现了电机在并网工况下的磁链定向矢量控制策略，在合理前馈项的参与下，该控制策略能够通过对控制绕组d、q轴电流的控制实现机组有功和无功功率的解耦控制；为了分析并网工况下机组的无功功率调节能力，论文提出了一种DS-BDFIG无功运行范围的解析计算方法，综合考虑发电机自身运行约束/网侧变换器容量约束对机组无功调节能力的影响，推导了该类电机在不同工作点下无功容量的解析算法。论文设计并实现了基于DS-BDFIG的独立发电系统的控

7、制策略，提出的功率绕组端电压不平衡和谐波分量抑制策略，通过在控制绕组注入2倍基频电流，实现功率绕组端电压负序分量和谐波分量的补偿，有利于在负载不平衡等工况下保证电机端电压的电能质量，提高基于DS-BDFIG的独立发电系统对实际工况的适应能力。为了进一步提高DS-BDFIG风力发电系统的可靠性，论文提出了一种单变流器的BDFIG直流并网风力发电方案。所提出的结构中，电机PW端通过三相不控整流桥与直流电网相连，仅需一个电压源型PWM变换器即可实现转差功率变换，很大程度上降低了系统的复杂度和维护成本。在此方案上提出的转矩脉动抑制策略有

8、利于降低单变流器BDFIG-DC系统的固有转矩脉动，可以在实现BDFIG直流并网的同时尽可能减少对风力发电机轴系的影响。论文通过实验验证了理论分析和提出策略的正确性。关键词：无刷双馈电机；磁链定向矢量控制；无功调节范围；独立发电系统；直流电网IAbstractA