随着我国经济的高速发展,电力供需矛盾日趋突出。高效、清洁、多样的风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实选择。因此,风力发电技术成为各国学者争相研究的热点,发展适用于风力发电的特殊发电机越来越受到关注。 无刷双馈电机与其它电机相比具有明显的优势：通过调节控制励磁侧的频率可以实现变速恒频发电；结构简单,坚固可靠,能够实现恒速恒频发电,比较适合风力发电等运行环境比较恶劣的发电系统。系统的成本低,运行可靠,因此,研究发展适合风力发电用的无刷双馈电机,具有重要的理论意义和实用价值。无刷双馈风力发电机中的三套绕组间复杂的耦合关系导致无刷双馈电机模型具有高维数特征。为了更有效地对无刷双馈风力发电机进行运行分析与功率控制,对模型进行降阶是很必要的。 因此本文重点解决了三个问题： 1、建模问题。 2、模型降阶的合理性问题。 3、无刷双馈风力发电机组的最大风能捕获控制。 本文研究了无刷双馈风力发电机的多时间尺度特征,建立了无刷双馈风力发电机的三时间尺度奇异摄动模型；针对一类机电耦合系统,详细分析了多时间尺度系统在静态稳定分析(平衡点稳定性分析)和暂态稳定分析(稳定域分析)时系统降阶及简化的条件。给出了多时间尺度系统稳定域边界与其相应的简化降阶系统稳定域边界,且多时间尺度系统稳定域边界连续依赖摄动参数ε的条件,从而得到了无刷双馈风力发电系统三时间尺度模型、五阶模型和一阶模型。通过数学的角度和试验仿真的角度证明了无刷双馈风力发电机在一些可接受的条件下,降阶是合理的和可行的,降阶不会引起“质”的错误。研究结论对简化无刷双馈风力发电机模型以及实现功率调节控制具有重要意义。 最后本文从风机的功率特性入手,分析了最大风能捕获的基本原理。根据最大风能捕获原理,利用无刷双馈风力发电系统一阶模型,推导出一种实用型最大风能捕获控制算法。该控制算法与以往的控制算法相比,明晰易懂、计算量小、便于操作,是一种实用型的控制算法。