直驱永磁同步风电系统振动分析与抑制

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随着全球环境污染问题日益突出与化石能源的大量消耗,可再生能源的开发与利用引起了世界各国的高度关注。风能作为可再生能源,其开发与利用具有重要的现实意义和应用价值。作为风能和电能的变换装置,直驱永磁同步风力发电机(PMSWG)由于没有了变速箱和励磁控制系统,所以具有更高的可靠性,其效率也比其他类型的风力发电机高,逐渐成为了风力发电系统的主流机型。  由于永磁同步风力发电系统是一个强耦合、非线性的复杂系统,基于矢量控制策略的直驱式永磁同步风力发电系统,存在PI控制器参数难以整定,而且系统的鲁棒性不强的问题。本文将模糊控制与电流状态反馈控制相结合,提出一种基于状态反馈的模糊控制策略,应用于直驱永磁同步风力发电系统的控制。该控制策略不仅避免控制器参数难以整定的问题,还具有系统鲁棒性强的特点。  针对直驱永磁同步风力发电系统在风速剧烈变化时容易产生强烈的机械振动的问题,本文提出了一种通过在转矩控制环节中引入模糊变增益的转速补偿转矩的新型的转矩控制策略,有效的增加了系统阻尼,减轻了由塔影效应、风切变、风速中的随机脉动分量引起的风力机输出的机械转矩波动,以及按照最佳叶尖速比法进行最大风能跟踪控制时参考转速的波动对永磁同步风力发电系统的影响,抑制了系统的机械振动,增强了系统的稳定性。同时,在实现最大风能跟踪控制时,考虑了轴系的摩擦损耗,通过对最优叶尖速比进行修正,得出最大机械功率所对应的风轮转速。  针对轴系扭振问题,本文首先分析了系统的稳定性,重点探讨与分析了控制参数与轴系阻尼对系统稳定性及轴系扭振的影响。提出一种附加阻尼的控制方法,即在q轴电流引入相应的补偿电流,实现了增加了轴系阻尼。  最后,基于Matlab/Simulink构建了直驱永磁同步风电系统的仿真平台,分别对所提控制策略进行了仿真研究,仿真结果验证了所提方法的正确性与有效性。
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