基于风力机动态特性的双馈风力发电机控制策略研究

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能源和环境问题在当今社会发展中两大难题,风能作为一种对环境无污染的新能源,越来越受到人们的重视。大力发展风力发电是解决能源危机和环境污染两大难题的有效途径。随着风力发电在全球的迅速发展,风力发电系统暴露出来的问题和技术难点也日益增多,例如风剪塔影脉动、传动轴系统的稳定性等等。为了能够切合实际地分析风电系统的暂态和稳态特性,必须同时建立起风力发电系统的实验室仿真模型和实验室模拟平台。仿真模型用于对控制策略进行研究和理论可行性分析,实验室模拟平台则用于对仿真模型中的控制策略进行验证。  本文首先对双馈风力发电系统的结构及其运行原理进行了简单的介绍,并且提出了两种双馈风力发电系统的模拟方案。为了对双馈风力发电系统的暂态和稳态特性进行分析,建立了双馈风力发电系统的数学模型。主要包括风速模型,风力机模型,传动轴系统模型和双馈风力发电机模型。其中,利用等效风速概念建立了等效风速模型,并通过该模型对风剪塔影脉动进行了分析。根据自由度的不同,将传动轴系统模型分为刚性轴模型和柔性轴模型,并且通过小信号模型分析了轴系参数对传动轴稳定性的影响。在建立了基于等效风速的风剪塔影模型和两质量块传动轴模型的基础上,经过理论分析得出了传动轴在一定条件下对风剪塔影脉动具有放大作用的结论。为了能够对用于双馈风力发电系统的控制策略进行研究和理论可行性分析,建立了双馈风力发电系统的仿真模型,通过该仿真模型对双馈电机的控制策略进行了研究。主要内容有:定子电压定向控制策略的仿真,风力机的惯量补偿仿真,风剪塔影效应仿真,转矩补偿控制策略仿真,阻尼控制控制策略仿真等。  最后,本文采用异步电动机(15kW)-双馈发电机(Ilk W)对拖的模拟方案,搭建了双馈型风电模拟系统实验平台。利用双馈型风力发电模拟平台对转动惯量补偿、风剪塔影效应、转矩补偿对风剪塔影效应的抑制进行了模拟实验的验证,实验结果验证了控制策略的正确性。
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