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我们对煤、石油等不可再生能源的消耗和依赖,不仅危害着地球的生态环境,而且是人类社会稳定发展的隐患。只有提高大规模使用无污染、可再生能源的能力,才能从根本上解决环境恶化和能源危机。风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生资源,已得到世界各国的普遍重视。我国有着丰富的风能资源,然而风电发展相对迟缓,因此加快发展我国的风电事业,提高和推广风力发电技术已刻不容缓。
本文主要研究变速恒频风力发电技术。采用绕线异步电机作为双馈风力发电机、电压型双PWM变频器作为发电机转子励磁电源、他励直流电动机模拟风力机,构建了风力发电实验系统,重点针对双馈风力发电机的并网控制技术进行了研究。
本文首先对国内外风电事业的发展现状进行概述,介绍了风力机的基本特性、风力发电的类型、变速恒频发电的实现形式、双馈风力发电机的特点以及变速恒频控制基本原理,并对双馈风力发电机的动态数学模型和坐标变换进行了理论推导,为本文的研究奠定了理论基础。
其次对电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的控制原理进行了详细的理论推导,以TMS320F2812控制器为核心研究了实现SVPWM调制的方法,设计了采用硬件法实现SVPWM的控制程序,并给出程序流程图。文中还对实验系统各部分硬件电路的功能进行了介绍,给出硬件设计中选用的器件型号和电路原理图。
在并网控制策略及其实现的研究中,对风力发电并网技术做了综述,介绍了常用的并网控制方式,重点研究了双馈电机定子电压定向空载并网控制策略,深入分析了控制策略的实现方法,包括定子电压幅值、频率、相位、相序的控制,结合已有的实验平台,设计了并网控制程序。
通过软件、硬件结合,对并网控制方案进行了实际运行调试。研究了双馈型风力发电机在不同转速下并网前后的电机定子电压、定子电流、转子电压、转子电流以及电网电压的变化关系。实验结果表明,该控制系统能在不同转速下顺利、平稳地实现并网,充分证实了本文理论研究的正确性、实验系统的稳定性和准确性以及并网控制策略的合理性和有效性。