双馈型变速恒频风力发电系统控制技术研究

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1、摘要常规能源、电力紧缺及供电环境问题日益突出，大力发展清洁的可再生能源如风能，对于缓解能源匮乏具有非同寻常的意义。和常规风力发电系统相比，变速恒频交流励磁双馈风力发电系统配置的变频器在转子回路，仅处理双向流动的转差功率，不仅具有变频器体积小、重量轻、成本低的特点，而且实现了机电系统的柔性连接。本文围绕变速恒频交流励磁双馈风力发电系统及其相关控制技术展开研究。本文揭示了双馈发电机与普通异步电机和同步电机的区别和联系。建立了双馈发电机的等值电路模型，详细分析了双馈发电机中功率、转矩等关键物理量之间的相互关系。在此基础上，定性分析了双馈发电机运行特性、功率流动关系、稳态运行性

2、能、静态稳定等问题。分析认为，双馈发电机在采用标量控制下各控制量之间存在着复杂的耦合关系。从双馈发电机复矢量模型出发，建立了双馈发电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型，揭示了双馈发电机并网运行和独立运行在定子磁场定向控制策略下的内在统一和区别。重点研究了并网运行双馈发电机的控制目标、控制方式、运行特性和系统功率流动等关键技术及其实现方法。研究表明，采用矢量控制可实现并网运行双馈发电系统定子端口有功和无功功率的解耦控制。在实验的控制系统设计方面，分别描述了系统整体硬件结构框图和控制程序构成，给出关键硬件电路原理图和控制程序的流程图，并说明其工作原理；使用格雷码绝对式光电编

3、码器检测转子位置，提出了一种格雷码数据查表方法，简化了程序设计；提出了一种适合工程上使用的转子初始定位方法，该方法不用考虑定转子绕组的连接形式，而且实现简单；就定子磁通角工程上的实现方法，提出了数字锁相环法，分析了其工作原理和实现方法。实验中，就双馈发电机系统次同步并网运行采用电流控制模式、速度控制模式这两种控制方案以及独立运行时，在不同工况下进行了详细的实验研究。实验分析表明与理论分析结果基本上一致，取得了预期的效果。关键词：变速恒频风力发电双馈感应发电机复矢量模型磁场定向控制独立运行IAbstractWiththeshortageofgeneralenergysou

4、rce、electricpowerandincreasinglyworseningofpowersupplycircumstanceproblems，itoffersveryimportantmeaningstopartlysolvetheenergycrisisbyusingrenewableenergysourcesuchaswindenergy,oneofthemostimportantclearsubstitutedenergysourceinthefuture.Comparedwiththegeneralwindenergygenerationsystem，t

5、heconverterofVSCFACexcitationDFIGwindpowersystemislocatedatrotorside，whichonlydealswithslippowerindoubledirection.It’snotonlycharacterizedbyitssmallcubage、lightweightandlowcostbutalsorealizesflexibleconnectionofmechanical-electricsystem.VSCFACexcitationdoublyfedwindenergygenerationsystem

6、anditscontroltechnologyisstudiedinthispaper.ThisthesispointsoutthedifferenceandrelationbetweenthegeneralasynchronousandsynchronousmotorandDFIG.Theequivalent-circuitmodelofDFIGisestablished，andtheinterrelationsofkeyphysicalparameterssuchaspowerandelectromagnetictorquearediscussed.Onthisba

7、sis，issuesaboutoperationalcharacteristics、powerflow、staticoperationperformanceandstaticstatestabilityarequalitativeanalyzed.ItconcludesthattheinterrelationsofcontrolparametersunderpowercontrolmodeofDFIGarecomplicated，andthecouplingisserious.MathematicsmodelofDFIGinthesync