论文部分内容阅读
电气无级变速双功率流风力发电系统，以电气无级变速器(Electrical Variable Transmission，简称EVT)取代传统的机械增速齿轮箱，驱动发电机发电直接并网。当风速在适宜范围内变化时，通过电气无级变速的方式，使发电机工作在恒定的同步速，因此该风电系统对发电机的要求大大降低，可采用常规的同步发电机输出恒压恒频电能，完全没有传统变速恒频系统中变频器并网带来的谐波污染问题。 本文以电气无级变速双功率流风力发电系统为研究对象，内容涉及双功率流风力发电系统工作原理分析、EVT电机数学模型建立、最大功率跟踪控制策略;针对内外转子提出了滑模变结构模型参考自适应无位置传感器控制策略，直流侧控制策略，内转子并网前和并网后控制策略等。为了验证所提控制策略的有效性，基于Matlab/Simulink搭建了完整的双功率流风力发电系统的模型，对控制策略一一验证。同时在仿真的基础上，构建了双功率流风力发电系统的实验测试平台和控制系统，进一步验证了系统工作原理和控制策略的可行性，为EVT电机在风力发电的应用奠定了基础。 论文主要研究成果包括以下几个方面: 1.分析了电气无级变速双功率流风力发电系统的拓扑结构、工作原理、损耗组成、系统工作流程和EVT工作模式及数学模型; 2.针对双功率流发电系统提出了几种最大功率跟踪控制策略，包括最佳叶尖速比法，最佳功率反馈法，考虑损耗转矩的最佳电流给定法及改进型爬山搜索法，通过仿真和实验结果验证了这几种控制策略的有效性，并通过比较，体现了考虑损耗转矩的最佳电流给定最大功率跟踪方法的优越性。同时提出了双功率流发电系统的变桨距控制策略，仿真验证了其有效性; 3.提出了改进型滑模变结构模型参考自适应无位置传感器控制方法，以滑模算法替代了传统模型参考自适应算法中的比例积分环节，而且采用分段切换法克服了传统常值切换法的滑模变结构算法中的抖振现象。将该方法分别用于EVT电机的内转子和外转子，并与传统模型参考自适应方法进行比较，实验结果证明了文中提出的改进型无位置传感器控制方法的有效性和优越性; 4.分别分析了双功率流发电系统直流侧有储能装置及没有储能装置两种不同状态下系统的工作情况，提出了相应的直流侧控制策略，并提出了EVT电机内转子在并网前和并网后两种工作状态下的不同控制策略; 5.在双功率流发电系统直流侧有储能装置及没有储能装置两种不同状态下，提出电网故障时的系统故障穿越控制策略，通过仿真验证了系统有良好的故障穿越能力; 6.构建了基于dSPACE DS1103的双功率流风力发电系统实验测试平台，开展了系统的实验研究，验证了系统工作原理和提出的控制策略的有效性。