基于空间矢量技术的绕线式双馈风机励磁控制研究

论文摘要

目前,能源消耗日益增长、环境污染日渐严重。利用可再生、绿色环保的能源,如风能、水能和太阳能等作为重要的清洁替代能源,对于缓解近年来的问题具有重大意义,日益受到人们的重视。而风能独特的优点倍受各国学者关注,风力发电技术已成为竞相研究的热点。风力发电系统的控制问题研究成了热门课题。近年电力电子器件制造及其应用技术的飞速发展,使得大型变速恒频风电机组成为风电机组主要的技术发展方向之一,而能柔性连接风电机组及电力系统的绕线式双馈风电机组已成为目前风电开发的主流机型。和常规风力发电系统相比,由于绕线式双馈风力发电系统配置的变频器在转子回路,仅处理双向流动的转差功率,不仅具有变频器体积小、重量轻、成本低的特点,而且实现了机电系统的柔性连接。本文围绕绕线式双馈风力发电系统及其相关控制技术展开研究。本文首先分析了当今世界各国风力发电的发展现况,介绍了我国的风力发电事业现状,分析了风力发电技术方式的分类,阐述了变速恒频技术的优势,在此基础上指出了本课题研究内容和工作的意义。其次,文章选择双PWM变换器作为双馈电机的励磁变换器,详细分析了风能系统和双馈发电机的运行原理与特性,并给出双馈电机在不同工作状态下的功率流动特性。结合合理的简化条件,建立绕线式双馈风力发电系统的数学模型。再根据坐标变换原理,推导建立了绕线式双馈风力发电机组在三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。接着,着重介绍了空间矢量控制这一理论的原理,然后通过坐标变换将三相静止坐标系下电网侧PWM变流器和电机数学模型变换到两相同步旋转坐标系下,然后再通过对坐标轴特殊方向的选取,即定子磁链定向,对变换后的模型进一步地简化。最后,基于MATLAB/Simulink平台,建立了双馈异步发电机控制仿真模型和网侧PWM变换器仿真模型。仿真结果表明,双馈发电机控制系统具有良好的动态控制性能,直流母线电压稳定,波动小,能够满足双馈发电机交流励磁的需要。本文所研究的变速恒频风力发电系统采用基于定子磁场定向的矢量控制和双PWM变换器协调控制为系统实现提供了良好的理论基础,具有很重要的实用意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外风力发电技术的发展
• 1.3 风力发电技术方式的分类及比较
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 绕线式双馈风力发电系统简介
• 2.1 主电路拓扑结构
• 2.2 绕线式双馈电机的基本原理
• 2.3 绕线式双馈电机调速的工作方式及特点
• 2.4 绕线式双馈电机几种异步运行状态下的工况分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 绕线式双馈风力发电系统的数学建模
• 3.1 风力发电系统建模简介
• 3.2 风速的数学模型
• 3.3 风轮机的数学模型
• 3.4 绕线式双馈风力发电机在各种坐标系下数学模型
• 3.5 本章总结
• 第四章 绕线式双馈风力发电系统空间矢量控制技术
• 4.1 矢量控制简介
• 4.2 空间矢量调制算法基础
• 4.3 空间矢量控制算法
• 4.4 绕线式双馈发电系统矢量控制过程
• 4.5 磁通观测技术
• 4.6 本章总结
• 第五章 基于空间矢量技术的双馈风力发电系统的仿真分析
• 5.1 系统仿真总图及参数说明
• 5.2 仿真总图和各仿真子图
• 5.3 矢量控制仿真
• 5.4 变速恒频双馈风力发电系统的仿真研究
• 5.5 本章小结
• 总结及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢