双馈风电机组功率变换器优化控制方法研究

• 作 者: 王姝
• 出 处: 长春工业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 双馈风力发电机 双PWM变换器 直接功率控制 矢量控制 风能利用率

在当今这个各方面飞速发展的时代,环境污染和能源短缺等现象愈演愈烈。风能作为绿色且可再生能源,对其进行深入高效地利用研究显得至关重要。对此,世界各国以高度重视的态度大力发展,在技术上不断推陈出新。如今,风力发电技术发展速度迅猛,装机容量增长很快,风力发电技术的研究内容集中在最大限度地利用风能,以进一步提高发电系统的运行工作效率等,双馈风力发电形式逐渐占据市场的主流,因其自身具有励磁容量小、动态反应速度快、可实现平滑并网及经济性突出等特点得到了广泛应用。双PWM变换器在工作中具有可调且高功率因数、较少的谐波含量、优异的传输性能等优点,被多次应用为电机的励磁电源。本文以双馈风力发电机组作为对象,基于Matlab/Simulink软件平台,就其功率变换器的优化控制方法,开展了如下的研究工作:首先,介绍了双馈型发电系统的发展和基本组成,对发电系统的变速恒频工作原理和双馈电机随风速变化的几种工作状态简要分析,阐述了双PWM变换器的控制方法的优缺点。其次,分别对网侧变换器和转子侧变换器开展研究。对于网侧变换器,将PWM整流器应用于此,对其拓扑结构和工作原理精确分析,并建立了数学模型。在对比分析电压定向控制和直接功率控制两种方法的基础上,综合应用直接功率控制方法构建了网侧控制系统,并仿真验证了单位功率输出状态下的直流侧输出电压平稳性问题。基于电机学理论,建立了双馈风力发电机的矢量模型,并运用转子磁场定向的矢量控制技术,构建了有功、无功功率解耦控制的转子侧变换器系统,实现了风能利用系数的最大化。最后,对融合网侧和转子侧两个子系统的整体功率变换器进行了综合的仿真实验,其结果表明:所采用的控制策略可行,直流环节的电压调节平稳,输出功率因数高,风能利用效率好等特点。