永磁直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，以風力發(fā)電為代表的新能源技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和應用，風力發(fā)電以其無污染、可循環(huán)利用等優(yōu)點受到世界各國的青睞。風力發(fā)電系統(tǒng)有變速恒頻和恒速恒頻之分，變速恒頻系統(tǒng)主要有雙饋式和直驅(qū)式兩種類型。近年來，直驅(qū)式風電系統(tǒng)發(fā)展迅速，逐漸成為風電技術(shù)發(fā)展的主流。本文便以風力發(fā)電中的永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)為研究對象，以其中“背靠背”結(jié)構(gòu)的變流系統(tǒng)為主要研究內(nèi)容，著重對變流器的控制策略進行研究。
　　在永磁直驅(qū)式風電系統(tǒng)中，變流

2、器起著至關(guān)重要的作用。它通過“交—直—交”的電能轉(zhuǎn)換方式負責將發(fā)電機發(fā)出的不穩(wěn)定的交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電輸送到電網(wǎng)中去，其控制策略的優(yōu)劣直接影響到交流電的品質(zhì)和整個發(fā)電系統(tǒng)的性能，甚至影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此，本文便針對變流器即整流器和逆變器的控制進行研究。
　　首先，確定了變流系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，即“背靠背”全功率主動拓撲結(jié)構(gòu)。變流器采用的是三相電壓型PWM整流器，其即可以工作在整流狀態(tài)又可以工作在有源逆變狀態(tài)，實現(xiàn)了能量的雙向流

3、動，易于實現(xiàn)風電系統(tǒng)的控制。
　　其次，建立了整流器及風電系統(tǒng)中風力機、發(fā)電機等組成部分的數(shù)學模型。在數(shù)學模型的理論基礎(chǔ)上，采用永磁同步發(fā)電機的零d軸控制策略，采用爬山搜索法實現(xiàn)對最大風能轉(zhuǎn)速的跟蹤控制，以達到對風力機功率有效利用的目的，然后通過SVPWM技術(shù)，即可實現(xiàn)對整流器的控制。
　　再次，對網(wǎng)側(cè)逆變器采用直接功率控制和雙閉環(huán)控制兩種方法。兩者都是基于電壓定向的控制策略，但控制思想和實現(xiàn)方法不同，所達到的控制效果也不盡

4、相同。在分析了各自的原理和實現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，給出了各自的控制框圖，在不同的風速條件下，對其進行了仿真對比分析，給出了仿真結(jié)果及相應的結(jié)論。
　　最后，基于所提出的控制策略及數(shù)學模型建立了各部分的MATLAB仿真模型，對風電系統(tǒng)的各個功能模塊進行了仿真分析，給出了風力機槳距角、葉尖速比和功率的關(guān)系曲線，驗證了所建立的風機模型的合理性，在不同的風速情況下，風力機均能實現(xiàn)最大的風能捕獲。此外，對整個風力發(fā)電機組進行了仿真，給出了仿真結(jié)果