變速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)交直流并網(wǎng)系統(tǒng)運行控制研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是解決世界能源危機(jī)的一個行之有效的途徑，而并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電是推動風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要力量。變速系統(tǒng)可以最大程度地利用風(fēng)能，是并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電的主要形式，因此對變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行控制進(jìn)行研究很有必要。本文在分析對比DFIG(雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī))和PMSWG(永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī))兩種主流變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選擇PMSWG作為本文的研究對象，重點圍繞PMSWG交直流并網(wǎng)系統(tǒng)的運行控制展開研究。 風(fēng)力機(jī)模擬是在實驗室環(huán)境

2、下研究風(fēng)力發(fā)電的前提，因此本文首先分析了風(fēng)力機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性，指出風(fēng)力機(jī)模擬的要求在于模擬轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性。對主流電動機(jī)進(jìn)行對比，指出直流電動機(jī)和PMSM(永磁同步電動機(jī))較為合適。針對直流電動機(jī)采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)算法模擬風(fēng)力機(jī)特性的不足，本文提出了基于BUCK電路的轉(zhuǎn)矩直接開環(huán)控制模擬方案，分析了該方法的穩(wěn)態(tài)誤差提出改進(jìn)措施并在后文給予實驗驗證。對PMSM。用于風(fēng)力機(jī)模擬進(jìn)行分析，指出PMSM的閉環(huán)欠量控制可以模擬風(fēng)力機(jī)的全部特性，并進(jìn)行了仿

3、真驗證。 簡要分析了PMSWG的本體結(jié)構(gòu)，剖析了PMSWG在各種坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型。指出PMSWG交流并網(wǎng)電路主要有定子PWM變換器加并網(wǎng)PWM變換器，不控整流器加并網(wǎng)PWM變換器，不控整流器加BOOST電路加并網(wǎng)PWM變換器三種結(jié)構(gòu)。分別對這三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，解析出每種電路結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型并給出了每種結(jié)構(gòu)的運行控制流程，最后詳細(xì)對比了三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，指出不控整流器加并網(wǎng)PWM變換器結(jié)構(gòu)是目前最經(jīng)濟(jì)可行的交流并網(wǎng)方案。

4、 采用不控整流器加并網(wǎng)PWM變換器作為PMSWG的交流并網(wǎng)電路。全面分析了并網(wǎng)PWM變換器涉及的各種運行狀態(tài)，實現(xiàn)了功率解耦并提出有功無功參考值范圍選取原則，解析了直流電壓控制原理和不控狀態(tài)，指出電流滯環(huán)作為并網(wǎng)PWM變換器的基本控制方法較合適。針對傳統(tǒng)并網(wǎng)方法以交流電壓作為并網(wǎng)參數(shù)的不足，本文提出了以直流電壓作為并網(wǎng)參數(shù)的可控和不控兩種直接并網(wǎng)方式，并分析了并網(wǎng)參數(shù)和并網(wǎng)過程?？偨Y(jié)了直流母線電壓與轉(zhuǎn)速關(guān)系傳統(tǒng)研究的不足，結(jié)合風(fēng)力機(jī)特性

5、，從空載和負(fù)載運行兩個方面，理論上證明了直流母線電壓與轉(zhuǎn)速存在確定關(guān)系。歸納了最大風(fēng)能跟蹤的研究現(xiàn)狀。對功率控制進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于直流母線電壓觀測轉(zhuǎn)速的無速度傳感器網(wǎng)側(cè)功率直接控制方法，結(jié)合不控直接并網(wǎng)方式構(gòu)成完整算法給予仿真和實驗驗證。對擾動法進(jìn)行改進(jìn)，提出了以功率變化量平方值作為擾動值的直流電壓變步長擾動方案，并結(jié)合可控直接并網(wǎng)方式構(gòu)成完整算法給予仿真驗證。 構(gòu)建了風(fēng)力機(jī)模擬及PMSWG交流并網(wǎng)系統(tǒng)實驗平臺?；贗GBT和

6、2407DSP設(shè)計了風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)的功率電路和微機(jī)控制電路，基于IPM模塊和AT91RM9200設(shè)計了PMSWG交流并網(wǎng)系統(tǒng)的功率電路和微機(jī)控制電路。對風(fēng)力機(jī)模擬分別進(jìn)行了從以轉(zhuǎn)速軸和以時間軸作為橫坐標(biāo)的轉(zhuǎn)矩特性實驗。對PMSWG交流并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了從并網(wǎng)到并網(wǎng)后的功率解耦和最大風(fēng)能跟蹤實驗。 對海上風(fēng)電場采用三種輸電方式進(jìn)行全面比較，指出VSC-HVDC輸電較為合適。提出了基于PMSWG的變速直流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，介紹了逐級升壓和先