并網(wǎng)型交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究.pdf

1、從可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)看,化石能源終將耗竭,充分開發(fā)和利用可替代清潔能源是解決能源和環(huán)境問題的必然選擇。風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔可替代能源,風(fēng)力發(fā)電作為目前最具規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源發(fā)電技術(shù),已成為全球發(fā)展最快的可再生能源。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電由于可以得到大電網(wǎng)的補(bǔ)償和支撐,成為風(fēng)力發(fā)電的主流。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有變速運(yùn)行、有功無功可解耦控制、降低機(jī)械應(yīng)力和噪聲、提高電能質(zhì)量、轉(zhuǎn)差功率小(約為額定值的30％)等優(yōu)點(diǎn)成為

2、工業(yè)應(yīng)用最廣泛的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)型。本文以交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行了必要的運(yùn)行原理分析、控制策略實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)建模以及風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)仿真,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1、介紹交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋電機(jī)運(yùn)行的基本原理后,對(duì)功率不變和繞組匝數(shù)不變約束條件下的坐標(biāo)變換特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了說明,詳細(xì)推導(dǎo)了三相靜止坐標(biāo)系上交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,以及兩相同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系下交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)在發(fā)電機(jī)慣例和電動(dòng)

3、機(jī)慣例下的動(dòng)態(tài)模型。對(duì)從事雙饋電機(jī)的仿真和建模研究者提供了一定的理論參考依據(jù)。
　　2、在研究風(fēng)力機(jī)風(fēng)功率捕獲、傳遞和最大風(fēng)能追蹤控制算法的基礎(chǔ)上,建立風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)仿真模型,針對(duì)850kw的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速變化時(shí)的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤控制且風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較好。
　　3、交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)前后雙饋電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和控制策略有所不同,并網(wǎng)前空載運(yùn)行,實(shí)施并網(wǎng)

4、控制策略;并網(wǎng)后發(fā)電運(yùn)行,實(shí)施最大風(fēng)能追蹤控制策略。變速恒頻雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)受并網(wǎng)前后發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況影響的暫態(tài)過程,利用MATLAB的S-Function編寫DFIG的仿真程序,然后結(jié)合Simulink和Sim Power Systems工具箱,開發(fā)了基于S-Function的空載運(yùn)行和發(fā)電運(yùn)行的變速恒頻雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)模型,在仿真過程中可對(duì)雙饋電機(jī)進(jìn)行精確控制,然后對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)整合,本文開發(fā)的模型具有可移植性,只要再設(shè)計(jì)

5、相應(yīng)的控制器,就可應(yīng)用于不同功率等級(jí)的雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。不同運(yùn)行工況下的仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)模型的有效性。
　　4、對(duì)比研究了電流內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速外環(huán)采用常規(guī)PI控制器、內(nèi)模控制器以及只有轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)采用模糊控制器的系統(tǒng)主要參數(shù)仿真結(jié)果。研究結(jié)果驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子側(cè)變流器在超同步速時(shí)以單位功率因數(shù)運(yùn)行于整流狀態(tài),在亞同步速時(shí)以單位功率因數(shù)運(yùn)行于逆變狀態(tài),改變無功給定時(shí)可處于非單位功率因數(shù)運(yùn)行狀態(tài)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了三種控制策略均可實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的

6、解耦控制及交流勵(lì)磁變速恒頻運(yùn)行,相比而言模糊控制具有更好的控制性能。
　　5、本文在對(duì)比研究風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器和并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、能量流動(dòng)關(guān)系、控制方法的基礎(chǔ)上,嘗試在不改變系統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了將網(wǎng)側(cè)變換器進(jìn)行基于并網(wǎng)發(fā)電與諧波抑制和無功功率補(bǔ)償相結(jié)合的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制方案,建立了7.5kw變速恒頻DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制仿真系統(tǒng),驗(yàn)證了控制策略的可行性。

7、　　6、隨著風(fēng)電場(chǎng)容量的不斷增大,其并網(wǎng)沖擊電流已不容忽視,必須對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行深入研究。在電力系統(tǒng)分析中,常常用標(biāo)么值系統(tǒng)來規(guī)格化系統(tǒng)量,可減小計(jì)算量且使計(jì)算簡(jiǎn)單,同時(shí)更加容易理解系統(tǒng)特性。
　　本文詳細(xì)推導(dǎo)了雙饋電機(jī)的完備標(biāo)么值方程,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)算例參數(shù),設(shè)計(jì)了仿真試驗(yàn)系統(tǒng),應(yīng)用MATLAB/Sim Power Systems對(duì)含5臺(tái)2MW DFIG風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了系統(tǒng)建模,并深入分析了轉(zhuǎn)速變