雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研究

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1、摘要常規(guī)能源、電力緊缺及供電環(huán)境問題日益突出，大力發(fā)展清潔的可再生能源如風(fēng)能，對(duì)于緩解能源匱乏具有非同尋常的意義。和常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，變速恒頻交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置的變頻器在轉(zhuǎn)子回路，僅處理雙向流動(dòng)的轉(zhuǎn)差功率，不僅具有變頻器體積小、重量輕、成本低的特點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)電系統(tǒng)的柔性連接。本文圍繞變速恒頻交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其相關(guān)控制技術(shù)展開研究。本文揭示了雙饋發(fā)電機(jī)與普通異步電機(jī)和同步電機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系。建立了雙饋發(fā)電機(jī)的等值電路模型，詳細(xì)分析了雙饋發(fā)電機(jī)中功率、轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵物理量之間的相互關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，定性分析了雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性、功率流動(dòng)關(guān)系、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性

2、能、靜態(tài)穩(wěn)定等問題。分析認(rèn)為，雙饋發(fā)電機(jī)在采用標(biāo)量控制下各控制量之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。從雙饋發(fā)電機(jī)復(fù)矢量模型出發(fā)，建立了雙饋發(fā)電機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，揭示了雙饋發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行在定子磁場(chǎng)定向控制策略下的內(nèi)在統(tǒng)一和區(qū)別。重點(diǎn)研究了并網(wǎng)運(yùn)行雙饋發(fā)電機(jī)的控制目標(biāo)、控制方式、運(yùn)行特性和系統(tǒng)功率流動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法。研究表明，采用矢量控制可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行雙饋發(fā)電系統(tǒng)定子端口有功和無功功率的解耦控制。在實(shí)驗(yàn)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，分別描述了系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)框圖和控制程序構(gòu)成，給出關(guān)鍵硬件電路原理圖和控制程序的流程圖，并說明其工作原理；使用格雷碼絕對(duì)式光電編

3、碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，提出了一種格雷碼數(shù)據(jù)查表方法，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)；提出了一種適合工程上使用的轉(zhuǎn)子初始定位方法，該方法不用考慮定轉(zhuǎn)子繞組的連接形式，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；就定子磁通角工程上的實(shí)現(xiàn)方法，提出了數(shù)字鎖相環(huán)法，分析了其工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)中，就雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)次同步并網(wǎng)運(yùn)行采用電流控制模式、速度控制模式這兩種控制方案以及獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，在不同工況下進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)分析表明與理論分析結(jié)果基本上一致，取得了預(yù)期的效果。關(guān)鍵詞：變速恒頻風(fēng)力發(fā)電雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)復(fù)矢量模型磁場(chǎng)定向控制獨(dú)立運(yùn)行IAbstractWiththeshortageofgeneralenergysou

4、rce、electricpowerandincreasinglyworseningofpowersupplycircumstanceproblems，itoffersveryimportantmeaningstopartlysolvetheenergycrisisbyusingrenewableenergysourcesuchaswindenergy,oneofthemostimportantclearsubstitutedenergysourceinthefuture.Comparedwiththegeneralwindenergygenerationsystem，t

5、heconverterofVSCFACexcitationDFIGwindpowersystemislocatedatrotorside，whichonlydealswithslippowerindoubledirection.It’snotonlycharacterizedbyitssmallcubage、lightweightandlowcostbutalsorealizesflexibleconnectionofmechanical-electricsystem.VSCFACexcitationdoublyfedwindenergygenerationsystem

6、anditscontroltechnologyisstudiedinthispaper.ThisthesispointsoutthedifferenceandrelationbetweenthegeneralasynchronousandsynchronousmotorandDFIG.Theequivalent-circuitmodelofDFIGisestablished，andtheinterrelationsofkeyphysicalparameterssuchaspowerandelectromagnetictorquearediscussed.Onthisba

7、sis，issuesaboutoperationalcharacteristics、powerflow、staticoperationperformanceandstaticstatestabilityarequalitativeanalyzed.ItconcludesthattheinterrelationsofcontrolparametersunderpowercontrolmodeofDFIGarecomplicated，andthecouplingisserious.MathematicsmodelofDFIGinthesync