多模塊并聯(lián)的雙PWM永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)及有效利用已成為緩解能源危機(jī)和減輕環(huán)境惡化的迫切需求。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步及其在風(fēng)力發(fā)電中的深入應(yīng)用，變槳距功率調(diào)節(jié)與變速恒頻已成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，以雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電與永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電為代表的新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以低噪音、高效率、高可靠性、優(yōu)越的控制性能及其在建立電網(wǎng)友好型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，日益成為關(guān)注的焦點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下建立永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以研究、開發(fā)和測(cè)試

2、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品，可降低研發(fā)成本并提高研發(fā)效率和靈活性。
　　 本文對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其實(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀作了概述。以此為基礎(chǔ)，對(duì)多模塊并聯(lián)的雙PWM永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括風(fēng)力機(jī)模擬、多模塊并聯(lián)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)最大功率追蹤(MPPT)的實(shí)現(xiàn)。
　　 首先，對(duì)傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)控制策略，如單閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制、單閉環(huán)電樞電流控制及雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制等進(jìn)行了總結(jié)。其中，單閉環(huán)轉(zhuǎn)

3、矩控制與單閉環(huán)電樞電流控制指令的準(zhǔn)確計(jì)算很大程度上依賴于直流電機(jī)的精確參數(shù)，而雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制雖然對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴性不強(qiáng)，但與實(shí)際的風(fēng)力機(jī)運(yùn)行機(jī)制存在較大差距。因此，本文提出直接控制直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率來(lái)模擬風(fēng)力機(jī)捕獲的風(fēng)能，與實(shí)際的風(fēng)力機(jī)運(yùn)行機(jī)理更為接近，由于其實(shí)際功率的計(jì)算只需端電壓與電樞電流的檢測(cè)，其對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性不強(qiáng)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效驗(yàn)證了這種控制策略的可行性。
　　 然后，在總結(jié)現(xiàn)有的PWM變流器并聯(lián)方式的基礎(chǔ)上，提

4、出本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用載波移相線路級(jí)并聯(lián)方式，以等效提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗，減小濾波器設(shè)計(jì)尺寸。然而，這種并聯(lián)方式會(huì)引入較為嚴(yán)重的零序環(huán)流問(wèn)題，增加開關(guān)管應(yīng)力和線路損耗，對(duì)控制電路也會(huì)帶來(lái)不必要的電磁干擾。因此，針對(duì)載波移相線路級(jí)并聯(lián)的零序環(huán)流，本文從零序開關(guān)狀態(tài)對(duì)其產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了深入分析，提出了獨(dú)立直流母線的新型抑制策略，切斷零序環(huán)流通路，有效地抑制了零序環(huán)流，并得到了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 最后，本文分析了現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電

5、最大功率追蹤(MPPT)實(shí)現(xiàn)方案，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)，即不需風(fēng)速檢測(cè)但需要各種風(fēng)速變化情況，選擇采用最佳葉尖速比(TSR)控制實(shí)現(xiàn)雙PWM永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)MPPT。由上位機(jī)模擬風(fēng)場(chǎng)特性(包括空氣密度、風(fēng)速、槳距角及風(fēng)輪屬性等)，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器對(duì)永磁發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制，使其運(yùn)行于最佳轉(zhuǎn)速，獲得與當(dāng)前風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最佳TSR，同時(shí)以最大功率指令控制直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率模擬風(fēng)力機(jī)捕獲的最大風(fēng)能，網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)定直流側(cè)電壓，并