矩阵变换器在变速恒频异步风力发电中应用研究

发布时间：2020-07-27 20:46

【摘要】：被称为“蓝天白煤”的风力资源,是一种取之不尽,又不会产生任何污染的可再生能源。人类早在远古时代便开始利用风能。在风能利用中,最完善的方案是把风能转换为电能,并且送到电网中去,而风力发电目前采用的最佳技术方案是利用交流发电机直接实现变速恒频发电。该系统由于变速范围宽,具有最佳的风能利用系数,是风能发电的发展方向。交流变速恒频风力发电系统从电气的角度来看,它包括交流发电机、电能控制系统。本文交流发电机采用异步电机,电能控制系统采用矩阵式变换器,研究基于矩阵式变换器的异步变速风力发电技术,通过研究变速风力发电技术,分析矩阵式变换器双空间矢量调制理论,利用矩阵式变换器功率因数可控原理,结合异步电机电动和发电原理,提出一套方案,既对输入电压进行锁相来控制输入电流矢量,向电网输送恒频恒压的电能;用转差频率控制算法产生电压空间矢量控制异步电机,使其在低风速时能够跟据风速变化,运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能,高风速时利用风轮转速的变化,储存或释放部分能量,提高传动系统的柔性,使功率输出更加平稳。首先对矩阵式变换器双空间矢量调制进行MATLAB仿真,验证双空间矢量调制可行性后,再研制出矩阵式变换器实验样机,用一直流电动机模拟风力机作为异步电机发电原动力,用本文提出的方案通过矩阵式变换器控制异步电机,成功向电网送电,证明它不仅具有常规变速风力发电最大限捕捉风能、较宽的转速运行范围的优点,而且在双矢量PWM下可实现自然软并网、有功和无功调节,抑制谐波、减少开关损耗,提高效率。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM46;TM614;TK89
【图文】：

功率曲线,风力发电机组,功率曲线,风力发电

探明可利用的煤炭储量（１１４５亿吨），煤短缺现状的出路在于“资源无尽、成本低廉”可开发的装机容量约 2.53 亿千瓦，居世界首府十分重视风力发电产业，1996 年就制订的产业投资 15 亿元。在广东、福建、内蒙古、 50 万千瓦。尽管我国近几年风力发电年增长电力装机的 0.11%，因此风力发电潜力巨大。，要求输出频率和电网频率一致。采用变速恒是它的发展方向。变速风力发电机组根据风速大风能。2001 年全球装机容量中 75％的风机用变频驱动技术。采用变速风力发电机组已成必需采用相应的功率变换器，通常采用交直变换器控制方式较简单，可使用普通交流异

风力发电系统

需要两个控制器，一个通过电力电子装置控制发电机的反力矩，另—个桨叶节距，本文只研究前者。般用 PID 型控制系统作为风力发电机组的控制器，在变速风力发电机组的自适应控制技术的方案，比较成功的是带非线性卡尔曼滤波器的状态空控制器的应用。由于自适应控制算法需要在每一步比简单 PID 控制器多，因此用需要增加额外的设备及开发费用，其实用性仍在进一步探讨中控制技术在工业控制领域取得巨大成功。基于模糊逻辑控制的智能控制力发电机组控制系统，并初见成效。但本文主要研究矩阵变换器在变速中应用，控制方法不是主要目的，所以采用常规 PID 控制。规异步发电基本结构与特点的变速风力并网系统的基本构成如图 1.2 所示，机组通常由风轮、增速箱距机构、整流器、逆变器以及控制电路组成，早期的交直交并网整流器相控整流器(如图 1.2 所示)，随着电力电子技术的发展，相控整流器逐步取代，以前 PWM 技术主要应用于逆变器场合，近年来 PWM 整流器已逐

风力发电机组,基本构成

.2.1 交流变频传动技术概述在当前，现代电力电子技术、微电子技术以及电动机控制技术的进步使得交流调频传动技术得到了巨大发展，加强了交流传动在电力传动领域中的主导地位[6]。在流调速系统和新建调速系统中，相当一部分都已经改造成或采用交流变频调速系统调速技术在自动控制、电气传动、电力变换等方面的广泛应用，使电能在变换、控用方式上获得了本质的变化，达到了高效、节能和充分柔性的效果[7，8]。目前交流动领域用量最大的是基于交一直一交变换的电压源型通用变频器以及用于低速高压的相控式交一交变频器[9]，基于交一直一交变换的电压源型通用变频器拓扑如图。这种拓扑己在工业上，特别是中小功率场合得到了广泛的应用。它的前级通过不得到中间直流电压，后级控制开关调压调频满足负载的要求。随着功率器件和 PW技术的发展，其输出性能有了很大的改进。但是，由于前级为不控整流，因此输入图 2.3 变速风力发电机组的基本构成

【参考文献】