永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)新型拓?fù)浼翱刂撇呗匝芯?pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是目前最經(jīng)濟(jì)的新能源獲取方式,在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和應(yīng)用?；谟来磐桨l(fā)電機(jī)(PMSG)的風(fēng)電系統(tǒng)因其良好的運(yùn)行性能、高可靠性、低維護(hù)成本、強(qiáng)電網(wǎng)適應(yīng)性,在風(fēng)電領(lǐng)域、特別在海上風(fēng)力發(fā)電中具有非常好的應(yīng)用前景和潛力。大容量(5～10MW)風(fēng)電機(jī)組是現(xiàn)代風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),而高性能的全功率變流器是構(gòu)建大容量PMSG風(fēng)電系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵。此外,隨著海上風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展及風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的提高,對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)健性和容錯(cuò)性提出了更高

2、的要求。因此,全功率變流器的構(gòu)建、高性能控制策略以及故障運(yùn)行控制是發(fā)展大功率PMSG風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文以此為背景,從理論分析、仿真建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面深入研究了兩種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PMSG風(fēng)電系統(tǒng)及其控制算法。
　　 首先,本文將開繞組結(jié)構(gòu)電機(jī)應(yīng)用到了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域,構(gòu)建了一種基于開繞組永磁同步電機(jī)(OW-PMSG)的風(fēng)電系統(tǒng)。在研究定子繞組星接的永磁同步電機(jī)(SW-PMSG)風(fēng)電系統(tǒng)控制算法的基礎(chǔ)上,建立了OW-PMSG在

3、同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型,分析了OW-PMSG級(jí)聯(lián)變流器的電壓空間矢量,并為OW-PMSG設(shè)計(jì)了兩種基于不同電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的無速度／位置傳感器矢量控制策略。在此基礎(chǔ)上,通過2Mw模型Matlab仿真和5.5Kw樣機(jī)實(shí)驗(yàn),深入研究了OW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能并與SW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了OW-PMSG兩種控制算法的正確性和有效性。
　　 其次,深入研究了OW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)電機(jī)側(cè)交流器發(fā)

4、生單相故障時(shí)的容錯(cuò)運(yùn)行策略。通過數(shù)學(xué)分析,得到了OW-PMSG級(jí)聯(lián)變流器故障重構(gòu)后的電壓空間矢量,提出了兩種基于不同SVPWM方式的無位置／速度傳感器矢量控制算法。在此基礎(chǔ)上,通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機(jī)實(shí)驗(yàn),深入研究了OW-PMSG級(jí)聯(lián)變流器單相故障容錯(cuò)運(yùn)行特性,驗(yàn)證了所提容錯(cuò)運(yùn)行控制算法的正確性及有效性。
　　 此外,構(gòu)建了一種由‘半控變流器’(HCC)饋電的雙三相永磁同步電機(jī)(DW-PMSG)風(fēng)電系統(tǒng)。建

5、立了DW-PMSG的數(shù)學(xué)模型,為其設(shè)計(jì)了基于電流協(xié)調(diào)控制和轉(zhuǎn)子位置／速度估算的矢量控制策略。通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機(jī)實(shí)驗(yàn),研究了HCC饋電DW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性,驗(yàn)證了所提控制策略的正確性和有效性,并與全控變流器(FCC)饋電的DW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)矢量控制運(yùn)行性能進(jìn)行了對(duì)比研究。另外,還將HCC饋電系統(tǒng)及其控制算法用作FCC饋電DW-PMSG風(fēng)電系統(tǒng)的變流器容錯(cuò)策略,并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了容錯(cuò)策略的可行