直驱风电系统的双PWM变换器控制策略研究

发布时间：2020-03-11 09:05

【摘要】：风能资源是清洁、无污染的绿色能源，是目前发展最快的可再生能源之一，受到了全球的广泛关注。风力发电系统是能够实现风能转化成电能的重要装置，而全功率变流器是风力发电系统中实现发电能量馈入电网的重要部件，因此对全功率变流器控制技术的研究受到了各国学者的关注。直驱型风力发电系统省去了需要经常维修的齿轮箱，提高了系统效率，降低了投资和维护成本，是风力发电技术的发展趋势和当前研究热点。本文主要研究了直驱风电系统的全功率变流器控制策略。 本文建立了永磁直驱风力发电系统各部分的数学模型，选取双PWM变流器的结构，电流控制器采用常规的PI控制器。在机侧变流器中，采取了基于转子磁场定向的双闭环控制方案；在网侧变流器中，采取了基于电网电压定向的双闭环控制方案。仿真结果表明，机侧可以实现转速快速跟随风速变化，追踪最大风能，网侧可以维持直流母线电压的稳定和实现有功无功分量的解耦控制。 由于传统PI控制器只能实现对直流信号的无静差控制，因此需要进行坐标变换运算，导致系统结构复杂性变大和算法实现的难度增大；为了实现系统动态性能的改善，在控制过程中要加上交叉耦合项和前馈补偿项，而这两项均受温度和电路参数的影响，从而降低了系统的稳定性。针对传统PI控制器存在的缺陷，引入比例谐振（proportion resonant，PR）控制器。PR控制器能够在静止坐标系下实现对交流分量的无静差跟踪，在深入分析了PR控制器的基本原理和特性的基础上，提出一种改进型PR控制器，并将其应用到直驱风电系统的双PWM变流器控制系统中。在Matlab/Simulink平台上分别搭建了基于比例谐振控制的网侧变换器和机侧变换器矢量控制系统，并进行了仿真实验和分析，通过与PI控制方案的仿真结果进行对比，验证了该控制策略的正确性和优越性。
【图文】：

直驱风电系统的双 PWM 变换器控制策略研究 变速恒频风电系统并网方式变速恒频风力发电机组是指风力发电过程中发电机的转速可以跟随风而变化，从而提高风能利用率，这是现在广泛采用的风力发电机组。速恒频风力发电机组主要有两种，一种是基于双馈异步发电机(Doubction Generator, DFIG)的齿轮驱动型风电机组，另一种是基于永磁同ermanent-Magnet Synchronous Generator, PMSG)的直驱型风电机组。这机组的拓扑结构分别如图 1-5 和图 1-6 所示。

[10]。直驱型风电机组拓扑结构如图1-6所示，风力机直接与永磁同步发电机相连，省去了变速齿轮箱，即为直驱型。永磁同步发电机的转子采用永磁体励磁，定子绕组通过交直交变流器连接到电网。风轮机把捕获到的风能转变为机械能，由传动轴直接输送到永磁同步电机中，根据电磁感应原理把机械能转化为频率与幅值均变化的三相交流电，，再通过电力电子器件电能变换的作用转变为频率和幅值均恒定的三相交流电馈入电网。对中间环节变流器采取相应的控制策略，控制系统有功和无功功率，实现最大功率跟踪[11-12]。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

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本文编号：2586237