變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電雙PWM協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、本文研究了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電雙PWM協(xié)調(diào)控制。 在能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，作為可再生綠色能源的風(fēng)能的開發(fā)利用具有十分重要的意義。對(duì)此，世界各國(guó)普遍重視并竟相大力發(fā)展，技術(shù)上推陳出新。其中以變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最為廣泛，尤以繞線式轉(zhuǎn)子雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)為代表?；谶@種系統(tǒng)，可以通過交流勵(lì)磁變換器實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電。 相比傳統(tǒng)的循環(huán)變流器，作為兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)的核心部件，雙PWM變

2、換器交流勵(lì)磁電源的輸入輸出特性更好，電力諧波更低，調(diào)速調(diào)頻范圍更寬。轉(zhuǎn)子側(cè)變換器擔(dān)負(fù)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的矢量控制任務(wù)，基于轉(zhuǎn)速給定實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子輸出無(wú)功的獨(dú)立調(diào)節(jié)；網(wǎng)側(cè)變換器通過直流環(huán)節(jié)完成轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子側(cè)變換器與電網(wǎng)間的能量交換。為了減小直流母線電壓波動(dòng)，通常的做法是增大直流側(cè)電解電容的容量，但其缺點(diǎn)是：體積大、笨重而且性能很不可靠，成為大容量勵(lì)磁電源系統(tǒng)延長(zhǎng)壽命的瓶頸。針對(duì)減小該濾波電解電容，提出了使用雙PWM變換器協(xié)調(diào)控制策略。

3、 首先，分析了變速恒頻雙饋電機(jī)運(yùn)行調(diào)速原理及其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、基于轉(zhuǎn)速給定的最大風(fēng)能捕獲原理以及定子磁鏈定向矢量控制，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了其有功和無(wú)功功率解耦控制的雙閉環(huán)串級(jí)PI控制方案。然后，分析了網(wǎng)側(cè)三相PWM變換器在同步d、q坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，同樣建立基于穩(wěn)定直流母線電壓和單位功率因數(shù)運(yùn)行的雙閉環(huán)串級(jí)PI控制方案。基于雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器獨(dú)立控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出負(fù)載電流前饋協(xié)調(diào)控制和改進(jìn)的協(xié)調(diào)控制的雙PWM控制策略。

4、 利用MATLAB/SIMULINK平臺(tái)，對(duì)以上理論分析進(jìn)行對(duì)比仿真研究，研究結(jié)果實(shí)現(xiàn)了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能捕獲，轉(zhuǎn)速指令追蹤和能量工作在不同狀態(tài)下能量的雙向流動(dòng)。特別的，改進(jìn)的協(xié)調(diào)控制策略具有明顯的優(yōu)越性，即在采用同樣大小的濾波電容時(shí)，直流母線電壓波動(dòng)較小，電壓調(diào)節(jié)更加迅速，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。提出了當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，改進(jìn)交流勵(lì)磁定子磁鏈定向控制的控制策略，在原有模型基礎(chǔ)上證實(shí)了這種改進(jìn)的有效性和正確性。