双馈风力发电机的功率控制和调频技术研究

社会经济的快速发展使得能源危机成为世界各国面临的共同问题,开发新能源和发展可再生能源已成为人类社会的共识,风能作为一种可再生的清洁能源受到普遍重视。在风能的开发利用方面,风力发电机组的功率控制以及频率调节对于风电并网运行将产生重要影响,本研究选择双馈风力发电系统为对象,对上述关切进行了从理论到仿真的探讨。论文阐述了双馈风力发电机的结构和工作原理,并在此基础上,通过电路等效和简化,建立了双馈风力发电机的稳态模型,为后续有关双馈风力发电机功率控制和频率调节的讨论提供理论支持。针对传统的功率矢量控制中双馈风力发电机功率控制对系统参数依赖性强的问题,论文依据双馈发电机的特点及双馈电机变速恒频的基本原理建立双馈发电机的数学模型,采用定子磁链定向的矢量控制策略,实现双馈电机的功率解耦控制;依据补偿电压的影响因素设立反馈控制律以及决策规则,设计了滑模变结构控制器,理论上解决了传统矢量控制对双馈电机参数的过分依赖性问题;所设计的滑模变结构控制器,当系统参数存在误差时,利用切换控制可将系统状态拉回到滑动面上,增强了参数鲁棒性。针对双馈风力发电机在实现最大风能捕获过程中,由于风力机转速和电网频率之间耦合关系消失导致风电机组无法响应电网频率变化的问题,论文基于虚拟惯量,结合矢量控制调功、附加功率惯性控制和PI变桨控制技术,实现了双馈风机一次调频组合控制,使得双馈风力发电系统具有惯性响应和一次调频能力。结合上述有关双馈风机模型以及所设计的滑模变结构控制器、组合调频控制器,基于MATLAB搭建了双馈风机发电系统仿真模型并进行了系统仿真,仿真结果显示本文所采用的组合控制方案能对系统提供功率支撑,提高了系统频率稳定性。