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近年来,随着社会经济与文明快速发展,能源与环境的矛盾也日益严重,清洁可再生能源应运而生。风电以资源丰富且在新能源中发展最迅速而倍受各国青睐。随着风电技术的发展及单机容量的增大,大功率风电并网成为未来风电发展的趋势。 目前,因永磁同步风力发电机组较双馈式感应风力发电机组拥有发电效率高、后续维修方便、低压穿越性能良好和输出电能质量高等优势,而将成为未来适于大功率风电并网机组的主流机型。此外,全功率变流器因其可以对风力发电系统输出的风电实现功率调节,而在风电并网变流领域中占据非常重要的地位。 本文围绕基于直驱式永磁同步风力发电系统与双PWM全功率变流器的风电并网系统的控制策略展开研究,为实现对风能最大效率利用与风电单位功率因数并网的控制目标,分别设计了可靠的风机、永磁同步风力发电系统、网侧变流器与低压穿越的控制策略,并在Matlab/Simulink环境下对该控制系统运行效果进行仿真验证。 首先,本文对风电行业的发展现状和趋势进行了文献参考研究,对风力发电机组及风电变流技术发展现状进行综述,并对直驱式永磁同步风电机组与三相电压型双PWM全功率变流器变流技术优势进行研究性分析;针对大功率风电并网发展趋势和存在问题即大功率风电并网对电网稳定性的影响及低压穿越问题,制定解决方案:选用基于直驱永磁同步风力发电系统完成风电转换任务,并提高机组低压穿越性能;选用三相电压型双PWM全功率变流器实现风电单位功率并网目标;应用基于耗能Crowbar的低压穿越方案,在直流侧加入卸荷支路吸收多余能量来提高风电并网系统的低压穿越性能。 其次,分别建立风机、永磁同步风力电机、网侧变流器与直流环节数学模型,针对本文基于直驱永磁同步风力发电系统与双PWM变流器风电并网系统对以上各环节控制目标的要求,设计了基于转速反馈控制策略+基于转速电流双闭环控制+基于直流电压外环、并网电流内环双闭环控制+基于耗能Crowbar低压穿越控制方案。 最后,设计基于直驱式永磁同步风力发电系统与双PWM全功率变流器风电并网系统整体控制方案,在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,并对其进行仿真,其结果验证了本控制方案的可行性与有效性。