变速恒频双馈风力发电系统双PWM变换器控制

论文摘要

变速恒频双馈风力发电系统具有变速运行范围宽、系统运行效率高、功率变换器容量小、成本低等优势,在风力发电系统中得到了广泛的应用。在该系统中,转子交流励磁变换器的控制是关键。本文的研究工作主要是围绕着变速恒频双馈风力发电系统双PWM变换器的控制展开。在对网侧变换器的研究中,通过分析网侧变换器数学模型和PR控制器特性,提出了网侧变换器PR控制策略,与传统的双闭环PI控制相比,该策略能够充分发挥PR控制器在静止坐标系下实现交流输入信号无稳态误差的特点及其在谐波补偿方面的优势,无需繁琐的坐标旋转变换,省去易受温度及电路参数影响的耦合项及前馈补偿项,从而减小了控制算法的实现难度,提高了控制系统的鲁棒性,并且有利于电能质量的改善;在对转子侧变换器的研究中,针对基于PI控制器的定子磁链定向矢量控制策略下系统控制性能易受电机参数影响的问题,提出了自适应PR控制策略。在此基础上,对1.5MW变速恒频双馈风力发电机组自适应PR控制系统的性能进行了仿真验证。此外,为解决变速恒频双馈风力发电系统运行中转子侧功率的频繁变化所引起的直流母线电压波动剧烈等问题,对双PWM变换器协调控制进行了研究,提出了一种双PWM变换器联合控制策略—负载电流前馈控制,并进行了仿真研究。结果表明,该策略能够有效抑制直流母线电压波动,有利于降低电解电容的容量,提高机组的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电国内外发展现状及发展趋势
• 1.2 变速恒频风力发电技术及研究现状
• 1.2.1 变速恒频风力发电技术
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 变速恒频双馈风力发电系统
• 2.1 风力机
• 2.1.1 风力机特性
• 2.1.2 风力机最大风能捕获
• 2.2 双馈电机
• 2.2.1 双馈电机变速恒频运行基本原理
• 2.2.2 双馈电机数学模型
• 2.2.3 功率流动关系
• 2.3 双向功率变换器
• 2.3.1 变频方式选择
• 2.3.2 双PWM 变换器
• 2.4 本章小结
• 第三章 变速恒频双馈风力发电系统网侧变换器控制
• 3.1 基于PI 控制器的电网电压定向矢量控制
• 3.1.1 网侧变换器数学模型
• 3.1.2 控制系统构成
• 3.1.3 仿真与结果分析
• 3.2 网侧变换器PR 控制
• 3.2.1 PR 控制器
• 3.2.2 PR 控制系统构成
• 3.2.3 网侧变换器PR 控制系统谐波补偿性能
• 3.2.4 仿真与结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 变速恒频双馈风力发电系统转子侧变换器控制
• 4.1 基于PI 控制器的定子磁链定向矢量控制
• 4.1.1 双馈电机模型简化
• 4.1.2 控制系统构成
• 4.1.3 仿真与结果分析
• 4.2 自适应PR 控制
• 4.2.1 自适应PR 控制系统构成
• 4.2.2 无静差理论验证
• 4.2.3 仿真与结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 双PWM 变换器联合控制
• 5.1 双PWM 变换器独立控制
• 5.2 双PWM 变换器联合控制
• 5.2.1 负载电流前馈控制
• 5.2.2 负载电流检测
• 5.3 仿真与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢