新型变速恒频风力发电系统运行方式研究

变速恒频发电技术是一种新型高效的发电技术，在风力发电领域有着良好的应用 前景。本文首先比较了几种变速恒频方案，从中选择了双馈式变速恒频方案；它运 用双馈电机的工作原理，允许发电机转速变化，而在电机转子侧接入低频励磁电流， 通过控制该电流的频率，保证双馈电机定子输出的频率恒定；再结合矢量控制技术， 通过调节转子电流来控制定子电流的转矩分量和励磁分量，相应独立地控制发电机 输出的有功功率和无功功率。 本文在对风力机和双馈电机进行了数学分析后，给出了功率在风力机和双馈电机 中的流动过程图解，同时给出了双馈电机的稳态等效电路；然后，经过坐标变换， 进一步得出了同步坐标系下双馈电机的基本电磁方程、功率方程、动态等效电路和 综合矢量图，并借助通用动态等效电路的形式，得出了便于定子磁链分析的不对称 等效电路。 本文利用定子磁链定向的矢量控制方法，将同步坐标系下的双馈电机数学模型简 化后得到矢量控制系统的模型；矢量控制模型与双馈电机模型一起构成闭环控制系 统。 对双馈电机转子侧所接变频器类型，本文也进行了对比分析，对选用的循环变流 器的原理还作了进一步的分析，包括环流控制方法、余弦交截法原理、触发脉冲产 生、零电流检测和换向逻辑控制等部分，并给出了其数学模型。 在最后的仿真实验中，本文利用Matlab软件建立了系统各部分的仿真模型，选 用与风力机最大输出功率对应的定子有功功率作为矢量控制的参考值做了仿真实 验，并给出了仿真结果，验证了定子磁链定向矢量控制策略的正确性：既保证了定 子输出频率的恒定，又达到了有功功率无功功率独立解耦控制的目的，同时还较好 地跟踪了风力机的最大功率输出。