变速恒频双馈风力发电模拟平台的研究

随着地球能源的日益紧缺,环境污染日益加重,风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视,风力发电技术成为世界各国研究的重点。而变速恒频双馈风力发电技术以其成本低、高效率等特点成为当今风力发电技术中的主流。本文对变速恒频双馈风力发电系统的相关技术进行了较全面的研究,包括空气动力学、风力机技术、电力电子技术、控制策略和系统集成,特别是为变速恒频双馈风力发电技术的研究设计并构建了一套模拟实验平台: 1.详细的分析变速恒频双馈风力发电机的工作原理和数学模型,在基于定子磁场定向的矢量控制策略的基础上,提出变速恒频双馈风力发电机空载并网的基于电压反馈的外环控制策略,实验结果表明使用该方法,并网时对电网冲击较小,实现发电机定子侧的软并网。分析了并网后的转速控制和功率控制策略,并在Matlab\Simulink平台下建立相应的仿真模型。 2.根椐系统运行过程和控制对象的特点,在变速恒频双馈风力发电模拟系统中采用一种模糊自适应控制和常规的PI控制相结合的混合控制策略,并在Matlab\Simulink平台下建立相应的仿真模型,研究表明该控制策略具有良好的动、静态特性,有较好的抗干扰性,无超调,响应速度加快,鲁棒性强。实现了发电机定子侧有功、无功的独立控制。 3.详细的分析了风力发电用三相电压型PWM变流器的工作原理,采用了基于开关函数的三相PWM变流器的数学模型,采用一种固定开关频率与电网电动势前馈相结合的直接电流的控制策略,并在Matlab\Simulink平台下构建相应的仿真模型,实现了网侧单位功率因数正弦波电流控制。结果证明采用这种控制策略的三相PWM变流器作为变速恒频双馈风力发电用励磁电源的有效性。 4.本文采用了一种计算简便的风速数学模型,该模型将自然风速分为基本风速、阵风、缓慢变化风速和噪声风速四部分组成,而每个部分计算较为简便。通过Labview语言实现了对风场的模拟,模拟结果较为理想。 5.在详细的分析了最大风能追踪的转速控制方法的基础上,提出一种适用于变速恒频双馈风力发电最大风能跟踪的改进型功率滞环控制方法,并在Matlab\Simulink平台下建立相应的仿真模型,结果表明这种方法有效的解决了风速波动时干扰。 6.提出并在实验室构建了110KW变速恒频双馈风力发电模拟平台,采用一种用异步电动机作为原动机模拟风力机特性的功率外环控制的方法,并在Matlab\Simulink平台下建立