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随着传统化石能源的匮乏以及环境污染问题的日益严重,引起了世界各国对新能源开发和利用的普遍重视,同时也促进了新能源技术的飞速发展。风能作为未来重要的清洁可替代能源之一,市场前景广阔。无刷双馈电机(brushless doubly-fed generator,BDFG)作为一种新型的交流电机,去除了传统双馈电机中的电刷集电环,具有可靠性高、所需变频容量小、运行方式灵活等优点,在风力发电和变频调速领域均具有良好的应用前景。本文对无刷双馈风力发电机进行的主要研究工作如下:(1)综述了风力发电系统的发展趋势,对常见的几种变速恒频风力发电系统进行了说明,其中突出了无刷双馈风力发电系统的潜在优势。重点分析了无刷双馈电机的研究现状和主要的控制方法。(2)介绍了 BDFG特殊双定子绕组的基本结构和运行原理,详细分析了无刷双馈电机在亚同步、同步和超同步运行状态下的能量转换关系及功率流向问题,同时建立了 BDFG在转子速坐标系和双同步速坐标系下的数学动态模型。(3)通过分析风力机的运行特性及最大风能捕获机理,建立了风力机模型,得到风力机的最佳功率曲线。对于BDFG能量双向流动的特点,采用双PWM变换器进行控制。以网侧变换器为研究对象,通过矢量解耦控制使网侧变换器能分别工作在整流和逆变状态,实现了电机与电网之间的能量双向流动。针对目前对BDFG空载并网策略研究较少的问题,本文通过参考双馈电机空载并网策略,推导出BDFG空载并网仿真模型。同时研究了发电并网阶段的控制策略,完成功率解耦及最大风能跟踪控制。最后提出了一种基于无刷双馈发电机的柔性并网和解列控制方案,通过仿真分析了该方案的可行性。(4)针对无刷双馈风力发电系统,首先考虑转子耦合电流和控制绕组电流对BDFG功率绕组无功的约束限制。之后通过分析无刷双馈电机在发电机惯例下的稳态等效电路,准确计算出电机的参考有功和无功功率,找到电机的铜耗与无功功率的函数关系,提出了基于最低损耗下无刷双馈电机的最大风能追踪的控制方法,寻找最优无功功率对应的最低铜耗,保证BDFG在追踪最大风力的同时达到最低铜耗的目的。并在Simulink的环境下构建控制系统仿真模型,验证了所提方法的有效性和可行性。