直驱风力发电系统电能变换器的研究

作为世界上发展最快的可再生能源,风能受到了世界各国的关注。直驱变速恒频风力发电系统由于其效率高,结构简单及稳定运行,是风力发电技术的发展趋势和当前研究热点之一。本文主要研究基于永磁发电机的直驱风力发电技术。 首先,本文在比较直驱风力发电系统的电能变换器常用拓扑结构的基础上,选择可独立控制电机侧变换器和网侧变换器的双PWM变换器作为10kW永磁直驱风力发电系统的电能变换器,并对其主回路器件参数进行了优化设计。 其次,双PWM变换器的控制技术是直驱风力发电技术的核心,本文设计了双PWM变换器基于PI调节器的双闭环控制系统,并对提高网侧PWM变换器抗扰动性能的前馈控制策略进行了研究。采用改进的前馈控制策略,对于负载扰动和电网电压三相平衡跌落,网侧变换器具有很好的抗干扰能力。 另一方面,随着风机数量的增加,电网故障时风机的动态响应越来越重要。因此,本文着重研究电网电压不平衡跌落时风力发电系统的持续运行控制。在分析电网不平衡对网侧变换器控制的影响的基础上,对电网电压不平衡跌落时网侧变换器的控制策略进行了研究,并对比分析了电网电压不平衡跌落时,网侧变换器采用传统矢量电流控制策略和双矢量电流控制策略的动态响应。结果表明:采用双矢量电流控制策略,在电网电压不平衡跌落时网侧变换器仍能与电网保持连接,风力发电系统具有良好的短时电压跌落的渡过能力。 本文利用Matlab/Simulink建立了永磁同步发电机和双PWM变换器及其控制系统的仿真模型,并在实验室变速恒频风力发电系统模拟平台上,对网侧变换器进行了实验研究。仿真和实验结果验证了系统控制策略的有效性。