交流励磁风力发电系统及其控制策略研究

二十一世纪将是可再生能源技术持续快速发展的世纪。统计表明，未来几年内化学能源的利用将呈下降趋势，而可再生能源的利用率则将上升。有识之士预言，未来20～30年内将会是可再生能源发展的高峰区。风能作为一种可再生的清洁能源，具有巨大的社会、经济和环保效益。风力发电作为风能利用的最重要形式，具有广阔的应用前景。 在本文引言部分，介绍了我国近几年风力发电的发展现状，回顾了风力发电技术发展的概况，在此基础上指出了本文的研究内容及所做工作的意义。论文的主体部分全面介绍了一种应用于风力发电的交流励磁变速恒频技术。首先介绍了交流励磁电机的特点，指出了交流励磁电机与同步发电机、异步发电机的不同之处，分析了交流励磁电机变速恒频运行的基本原理。根据不同的风况，把交流励磁风力发电机组的运行区域划分为三个。在分析风力机特性的基础上，讨论了交流励磁风力发电系统Cp恒定区内最大风能追踪控制的实现方法。 然后，建立了交流励磁发电机在三相静止坐标系下的数学模型，针对该数学模型非线性、强耦合的特点，引入了矢量坐标变换技术。在详细论述坐标变换技术的基础上，利用坐标变换矩阵，详细推导出交流励磁发电机在同步旋转d-q-0坐标系下的数学模型。利用定子磁链定向的矢量控制方法，将同步旋转d-q-0坐标系下的交流励磁发电机数学模型进一步简化，得到定子磁链定向下的矢量控制方程，在此基础上，构建了矢量控制系统框图。 利用matlab／simulink建立系统各部分的仿真模型，进行系统的仿真研究。选用与风力机最大输出功率对应的定子输出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：在实现最大风能追踪控制的基础上，既保证了定子输出频率的恒定，又达到了有功、无功独立解耦控制的目的。