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近年来,风能作为未来最重要的可再生清洁能源之一,受到世界各国的广泛重视。和常规风力发电系统相比,变速恒频交流励磁双馈风力发电系统由于变换器配置在转子侧回路,仅处理双向流动的转差功率,不仅具有体积小、成本低的优点,而且实现了机电系统的柔性连接,因而成为当今风电研究领域的热点。
双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频运行主要是通过对转子侧变换器控制实现,本文围绕DFIG转子侧变换器控制策略及其相关关键技术展开研究。首先从DFIG的数学模型入手,推导了DFIG在两相同步速旋转坐标系下的数学模型,在同步速坐标系下进一步建立了DFIG的矢量形式的数学模型和等效电路,在电网电压恒定的情况下对该数学模型进行了简化,得到了适合于设计转子电流控制环的电压方程。在此基础上,对DFIG的两种常用的矢量控制技术进行了分析,并通过仿真对这两种控制技术进行验证,确立了定子磁链定向矢量控制策略为本文研究的对象,随后对并网策略进行研究,分别介绍了空载并网控制技术与负载并网控制技术,通过仿真验证两种并网技术的可行性,比较了它们的优缺点,为本文接下对基于定子磁链定向矢量控制的空载并网技术展开深入研究奠定了理论基础。
针对电机参数对矢量控制有较大影响的问题,分析了电机激磁电感参数的变化对空载并网的影响,提出了基于定子磁链定向矢量控制的改进型空载并网策略,使得在无准确激磁电感参数时仍能实现柔性并网,并能计算出准确的激磁电感值,仿真结果验证了改进策略的正确性。
针对转子位置角误差对空载并网有较大影响的问题,分析了转子位置角误差产生的原因及对空载并网的影响,提出了基于转子初始位置角补偿的空载并网策略,仿真结果显示,该策略完全消除了转子位置角的不准确对空载并网的影响,使DFIG能实现柔性并网,该空载策略简单可行,非常适合于实际应用。
最后介绍了转子侧控制系统的构成及设计方案,给出了详细的软件结构与流程,并通过并网前后的稳态运行实验验证了DFIG转子侧控制策略的正确性。