双定子无刷双馈风力发电机的直接功率控制策略研究

发布时间：2020-09-04 20:27

　　 随着工业发展,化石能源被过度开采使用,其已对当今世界的生态环境和人类的生存环境提出了挑战。为了应对化石能源所带来的一系列问题,世界能源正在向低碳化、无碳化的方向转变。风能作为一种清洁能源,正在全球大规模的应用,风力发电技术也得到迅速发展。目前风力发电系统主要采用的双馈感应发电机具有可靠性低、维护频繁等缺点,永磁同步发电机存在变频器容量高、成本高,控制难度大等问题。无刷双馈发电机成本低,维护难度小,在大型风力发电机组和海上风电领域具有非常广阔的应用前景。本文以国家自然科学基金重点项目“笼障转子耦合双定子模块化无刷双馈风力发电系统关键基础问题研究”(项目编号:51537007)为背景,提出一种适用于双定子无刷双馈风力发电机的直接功率控制方法,本文的研究内容和所得结果如下:首先,通过查阅大量国内外文献,对本文研究的背景、意义和发展情况进行综述,对目前风力发电机的缺陷进行分析,据此确定研究对象—双定子无刷双馈风力发电机,并深入研究了双定子无刷双馈风力发电机的结构、运行方式和能量传递。其次,根据单定子无刷双馈风力发电机的数学模型,结合双定子无刷双馈风力发电机的特殊结构,建立了双定子无刷双馈风力发电机静止a-b-c坐标系数学模型和旋转d-q坐标系数学模型,并给出了基于旋转d-q坐标系数学模型的等效电路,通过仿真分析,验证了模型的正确性。此外,将直接功率控制方法应用到双定子无刷双馈风力发电机的功率跟踪控制中,深入研究了直接功率控制策略和瞬时功率理论,在此基础上分析两电平变流器输出的空间电压矢量及其效果,确定了扇区划分方式并制定了矢量选择表,并搭建了仿真模型。直接功率控制方法既可实现该新型发电机的功率跟踪控制,也可以实现变速恒频发电。最后,基于传统直接功率控制方法,用三电平变流器代替两电平变流器给控制绕组供电,分析了三电平变流器输出的各种空间电压矢量,根据有效矢量分布重新划分了12扇区并制定了矢量选择表,仿真验证了功率跟踪控制的精确性。在此基础上,加入功率误差比较信号,重新制定了矢量选择表。改进后的控制效果有了显著提升,控制精度明显改善,功率被有效的控制在滞环宽度内。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM315
【部分图文】：

图 1.2 风电场中风力发电机实物图Fig. 1.2 Wind turbine physical map in wind farm需求的刺激作用下，全球风电的产量和用量不断增加，当年达到了而在此发展过程中，亚洲的速度最快，很多国家都增加了对清洁能[12]

图1.3两台绕线式感应电机的同轴串级连接Fig.1.3Coaxialcascadeconnectionoftwowindinginductionmotors

Hunt[18]对串极感应电机进行了改良，如图 1.4 所示，他将两个电定子上有两套绕组，且极数不同。Creedy, Broadway[19]等人对定、转子善，进而使电机的结构实现了简化，通过调节电阻值，能够让电机启动好的满足相关的稳定性要求[20]。Heyne 设计出一种无刷双馈电机样机，结构是轴向叠片(ATA)结构，改善了电机的运行效果。上世纪八十1]进行此方面研究过程中应用了电压幅值可调的变频器，从而有效的提高统的性能水平。

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本文编号：2812549