双馈风力发电机滑模控制策略的研究

随着煤炭、石油、天然气等传统化石燃料的枯竭及其燃烧对环境造成的严重污染,作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。目前各种风力发电技术正蓬勃发展,变速恒频(VSCF)风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视,成为风力发电领域研究的热点。 本文首先介绍了风力发电的发展趋势以及风力发电技术的研究现状。在掌握变速恒频风力发电基本原理的基础上,对双馈异步电机(DFIG)的运行理论进行了分析,对DFIG数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导,为全文的研究奠定了理论基础。其次,在介绍了风力机特性的基础上,确定了采用DFIG功率控制来实现最大风能追踪的方案,根据滑模变结构控制原理,设计了相应的控制器,该方案不需要检测风速,实现简单,动态性能和鲁棒性较好。再次,研究了交流励磁变速恒频双馈风力发电机的并网控制,建立了基于定子电压矢量控制、不受转速变化影响的空载“柔性”并网滑模控制方案,并与传统的PI控制进行了比较分析。为了提高系统在电网电压骤降故障下的不间断运行能力,以DFIG的精确数学模型为依据,改进了滑模变结构控制策略,提高了系统的低电压穿越(Low Voltage Ride Through ,LVRT)能力。最后,在DFIG转子励磁电源的研究中,分析了双PWM型变换器的特点,机侧变换器和网侧变换器在功能和控制上的不同;重点讨论了基于电网电压定向矢量控制技术的网侧变换器的控制方法,提出了一种滑模变结构的控制策略,不仅可以实现网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制,对于外部输入扰动和内部参数摄动还有很强的鲁棒性。 在仿真研究中,采用Matlab/Simulink软件,建立了风力机仿真模型、发电机空载仿真模型和发电机发电仿真模型,在此基础上,利用Enabled Subsystem模块建立了“分时工作”的双馈风力发电仿真系统。利用该仿真系统,对发电机并网控制、最大风能追踪控制、电压骤降故障控制以及变频器控制进行了仿真研究。仿真结果验证了本文理论研究的正确性。