变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究

随着风电机组容量的不断增大,提高机组运行效率成为风力发电技术研究的重要内容。可实现最大风能追踪的变速恒频双馈风力发电系统成为研究开发的热点,在该系统中,交流励磁电源的设计与控制是关键。本文的研究工作主要是围绕着变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究展开的。 根据变速恒频双馈风力发电系统对交流励磁电源的要求,本文首先对目前适合用作交流励磁电源的六种变换器进行了详细深入地比较分析,认为在目前的电力电子技术条件下,两电平电压型双PWM变换器是可用作变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源的最具优势的一种变换器,而多电平与软开关技术的结合将是交流励磁电源的发展方向。 在双PWM变换器的网侧PWM变换器的研究中,提出了用于负载扰动分析的网侧PWM变换器简化等效电路,深入剖析了网侧PWM变换器在传统控制方式下只有d轴电流可供控制,致使负载突变时动态响应受到限制的问题。对此,提出igq*≠0动态变结构控制方案。仿真结果表明,该方案可以较大程度地提高网侧PWM变换器的抗负载扰动性能。 对网侧PWM变换器的无电网电压传感器控制技术进行了研究,提出了一种基于虚拟电网磁链定向的无电网电压传感器的矢量控制方案,解决了初始虚拟电网磁链准确观测的难点,使网侧PWM变换器不用对电网电压进行采样即可实现矢量控制,省去了电网电压传感器及其处理电路但并不影响其控制性能,仿真和实验结果验证了所提出方案的良好控制性能。 在转子侧PWM变换器的研究中,在电网电压恒定的情况下对DFIG矢量形式的数学模型进行简化,进行了基于定子磁链定向和基于定子电压定向的转子电流环控制器的设计研究。深入分析了DFIG风力发电系统最大风能追踪的机理和实现的方案,设计了基于定子电压定向矢量控制、实现最大风能追踪、有功和无功功率解耦的DFIG的控制方案。 在实验研究中,设计和研制了一台双PWM变换器交流励磁的15kW变速恒频DFIG风力发电系统的实验样机,进行了系统的变速恒频发电系统运行实验研究,取得了有实用价值结论。 最后,将变速恒频双馈风力发电运行研究拓展到了电网故障条件下的运行控制。建立了计及电网电压故障的变速恒频双馈风力发电系统完整仿真模型,为系统不间