直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)變流器拓撲及控制策略研究.pdf

1、隨著全球能源危機與環(huán)境問題的日益嚴重，以風能、太陽能等可再生能源為代表的新能源開發(fā)利用越來越受到人們的重視。其中由于風力發(fā)電技術(shù)相對成熟且全球風能資源豐富，因此風力發(fā)電是二十一世紀最具大規(guī)模開發(fā)利用前景的新能源之一。與傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)相比，直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)由于采用了多極低速永磁同步發(fā)電機并取消了增速齒輪箱，從而降低了維護費用，提高了可靠性，而且，利用變速恒頻發(fā)電方式能大大提高風能利用率，適應(yīng)目前對風力發(fā)電系統(tǒng)高效率、大容量、高可靠性的

2、要求。因此，直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)正逐漸得到人們的青睞，各國學者爭相研究。本文對直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)變流器的拓撲及其控制策略進行了全面研究，建立起一套仿真與實驗平臺，進行了相應(yīng)仿真和實驗研究。 本文首先對風力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀做了簡要綜述。介紹了風力機的基本特性，分析總結(jié)了最大風能利用的基本思路，為具體設(shè)計最大功率點跟蹤控制策略奠定基礎(chǔ)；對仿真軟件中的風力機模型進行了詳細研究分析，提出了在實驗室條件下利用變頻器驅(qū)

3、動的異步機來定性模擬風力機的方法，為仿真及實驗研究提供了手段。直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)電力變換部分可分為機側(cè)整流、直流環(huán)節(jié)、網(wǎng)側(cè)逆變?nèi)糠?。首先在詳細分析網(wǎng)側(cè)變流器運行原理及數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了電網(wǎng)電壓定向矢量控制系統(tǒng)，定量分析了控制器參數(shù)及主電路元器件參數(shù)的選擇問題，仿真和實驗結(jié)果證明了該系統(tǒng)具有直流電壓穩(wěn)定、網(wǎng)側(cè)輸出電流諧波小、可單位功率因數(shù)運行、有/無功功率獨立調(diào)節(jié)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，符合直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)對網(wǎng)側(cè)變流器的要求。其次根

4、據(jù)機側(cè)整流裝置的不同，分別對發(fā)電機輸出接無源整流裝置和接有源整流裝置的兩種拓撲結(jié)構(gòu)進行研究。對于前者，首先分析了其工作特性，然后分別研究了基于boost升壓電路與Z源逆變器的直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲及其控制方法、最大功率點跟蹤策略等，并給出了仿真和實驗結(jié)果；另外為了解決采用這種結(jié)構(gòu)時電機內(nèi)部諧波大、功率因數(shù)低等問題，研究了一種基于MERS磁能恢復(fù)開關(guān)的PFC方案，仿真結(jié)果證明其補償效果良好。而對于后者，在詳細分析了永磁同步機數(shù)學模型的基礎(chǔ)