变速恒频双馈风力发电机交流励磁控制研究

风能是一种可再生绿色能源,在能源日益短缺,环境污染越来越严重的今天,开发风能已经成为解决能源和环境问题的一个重要选择,风力发电量在全世界发电总量中的比重越来越大。在各种风力发电技术中,变速恒频风力发电具有风能利用率高的特点使其逐渐成为风电技术的主流,应用越来越广泛。本文研究了变速恒频双馈风力发电机系统的交流励磁控制技术,搭建了一套实验室平台对其进行实验研究。 双馈发电机的转子通过一个励磁变换器与电网相连,使得变换器的容量降低为发电机的转差功率,通过励磁变换器控制转子电流的频率,相位和幅值就能够实现系统的变速恒频运行和功率控制。本文采用了两电平电压型双PWM变换器作为励磁变换器,它的主电路简单,且性能可靠,通过控制转子侧变换器为发电机提供的励磁电流实现发电机并网、有功和无功解耦控制和最大风能追踪,控制网侧变换器使其单位功率因数运行且提供稳定的直流母线电压。 在转子侧变换器的控制研究中,建立和分析了双馈发电机在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型,根据发电机的并网条件设计了基于电网电压定向矢量控制的并网控制策略,实现了发电机的软并网,在分析了风电机组最大风能追踪的原理后,讨论了发电机有功功率和无功功率参考值的选取,设计了以控制发电机定子有功功率来实现最大风能追踪的有功和无功解耦控制策略,并运用Matlab/Simulink进行了仿真研究。 在网侧变换器的控制研究中,根据变换器在dq旋转坐标系下的开关函数模型,设计了基于电网电压定向矢量控制的双闭环控制策略及提高变换器抗干扰能力的控制策略,针对LCL滤波器的谐振问题提出了解决方法,介绍了PI调节器的参数设计,对网侧变换器的控制策略进行了仿真。 最后对系统进行了实验研究,搭建了一套以双DSP为控制芯片的实验室平台,设计了系统的部分硬件电路和软件。仿真和实验结果表明系统能够实现希望的控制目标,证明了所设计的控制策略的正确性。