变速恒频双馈风力发电机控制策略研究

目前,人类面临着能源和环境两大迫在眉睫的问题,因此利用可再生、绿色环保的能源,如风能、水能和太阳能等作为重要的清洁替代能源,对于缓解近年来的问题具有重大意义,日益受到人们的重视。而风能独特的优点倍受各国学者关注,风力发电技术已成为竞相研究的热点。风力发电系统的控制问题研究成了热门课题。 本文首先分析了当今世界各国风力发电的发展现况,介绍了我国的风力发电事业现状,在此基础上指出了本课题研究内容和工作的意义。研究了以双馈异步发电机构成的风力发电系统,利用变速恒频控制提高风能的利用率,具有独立的有功、无功功率调节能力,并可以改善电力系统的稳定性。 其次,详细分析了风能系统和双馈发电机的运行原理与特性,推导了其基于坐标变换的动态数学模型,为本文的研究奠定了理论基础。基于定子磁链定向矢量控制策略,构建了双馈异步发电机的矢量控制系统,设计其中的电流环和转速环的PI调节器,实现了转子励磁电压、电流和功率的解耦关系。 再而,研究了变速恒频风力发电系统的励磁控制,采用双PWM变换器可使转子励磁电源的输入输出特性更好,谐波更小和实现能量的双向传输。分析了SVPWM的原理算法和网侧PWM变换器的数学模型,设计了基于电网电压矢量定向控制技术的网侧变换器的控制策略,实现网侧变换器交流侧功率因数调节和直流母线的电压控制。 最后,基于MATLAB/SIMULINK平台,建立了双馈异步发电机控制仿真模型和网侧PWM变换器仿真模型。仿真结果表明,双馈发电机控制系统具有良好的动态控制性能;网侧PWM变换器具有低谐波,高功率因数,快速动态响应及能量双向流动的特点,直流母线电压稳定,波动小,能够满足双馈发电机交流励磁的需要。 本文所研究的变速恒频风力发电系统采用基于定子磁场定向的矢量控制和双PWM变换器协调控制为系统实现提供了良好的理论基础,具有很重要的实用意义。