风力发电作为一种解决环境污染和能源短缺的发电方式,近些年来受到广泛的关注。由于双馈电机所具备柔性的机电联系、较高的效率和仅处理转差功率而具有较小容量的特点,而成为当前的主流机型之一。本文主要讨论双馈风力发电系统的控制技术,重点讨论双馈发电机在不平衡电压下的控制策略。本文的主要内容和贡献如下：
分析了双馈电机变速恒频的运行原理,建立了双馈电机稳态的数学模型,推导了双馈电机的转子励磁电压和励磁电流与有功、无功功率以及转差率之间的关系,并在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了仿真模型。
通过基于定子磁链定向和基于定子电压定向的设计研究,设计了一种电网电压对称条件下风电机组的控制策略。转子侧变流器采用定子电压定向方式的矢量控制策略,电流内环来控制转子电流,功率外环来实现最大风能追踪和无功功率控制。网侧变流器采用电网电压定向的矢量控制方案,来实现直流电压的稳定。在分析风力机运行特性的基础上,采用了免测风速的最大风能追踪策略,计算了双馈风力机组的无功功率极限,分析了无功功率控制策略。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明控制策略有良好的稳态和动态性能,并且实现了双馈电机在电网电压平衡条件下有功、无功功率的解耦控制。
电网电压不平衡是常见的电网运行状态,本文采用对称分量法来分析不平衡电网电压下双馈发电机的运行特性。建立了双馈发电机在正、负旋转坐标系下的数学模型,以此为基础分析和计算了不平衡电网电压下双馈发电机的定子瞬时有功、无功功率。提出了4种适用于不平衡电网电压的控制方案,可以分别抑制有功、无功、转子电流、定子电流的2次脉动。通过MATLAB/Simulink仿真验证了本文所提的控制策略,仿真结果验证了不平衡电网电压下双馈发电机控制方案的有效性。
