变速恒频双馈式风电机组的控制策略研究

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目前,石油、煤炭等不可再生能源的枯竭,使风能、太阳能等可再生绿色能源越来越受到人们的重视。而变速恒频(VSCF)双馈风力发电技术因其效率高、逆变器容量低等优点得到了广泛的应用。相比于恒速恒频(CSCF)发电,VSCF风能利用效率更高,所以其能充分利用风能,是被认为最优化的控制方式和未来风电技术发展的主流方向。可以大范围调节发电机的转速是其主要优点。即随着风速调节发电机的转速,使其运行在最佳转速。只有这样才能进行最大风能捕获。   首先,本文介绍了风力发电的发展现状。在对双馈发电机进行了理论分析和风力机的能量转换过程的研究基础上,找出了获取最大风能的控制方式。建立了双馈发电机在两相转子速坐标系下的数学模型和仿真模型。并在其三种工作状态的仿真研究基础上,对双馈发电机离并网状态进行了仿真研究。   其次,研究了直接转矩控制(DTC)技术。DTC原理是采用空间电压矢量对逆变器的开关状态进行控制。通过对基于PID的最大风能捕获系统的仿真研究,表明DTC可以很好的控制发电机运行在最佳转速。但由于PID控制存在转速超调,且电磁转矩脉动大。定子侧的电磁功率输出不平稳。为了获得更好的控制性能,本文研究了滑模控制、模糊滑模控制,并对一类非线性系统采用这两种智能控制方法进行了仿真研究。在此基础上将这两种方法应用到双馈发电机的速度调节器中。通过对PID控制、模糊滑模控制和滑模控制的对比分析,最终得出了结论。结论表明相对于PID和滑模控制,基于模糊滑模控制的双馈发电机直接转矩控制,具有很好的转速跟踪性能,能实现转速无超调和很好的电磁转矩抑制。定子侧的电磁功率输出也较平稳。   最后,本文研究了基于矢量控制的最大风能捕获。通过采用两相同步速参考坐标系和定子磁链定向的控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)产生逆变器的开关状态。仿真结果表明矢量控制的优点是可进行有功和无功的控制。对最大风能捕获的控制效果优于采用基于模糊滑模控制的双馈发电机的直接转矩控制。
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