变速恒频风力发电系统运行与控制研究

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1、浙江大学博士学位论文摘要在能源短缺和环境污染日益严重的今天，作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。对此，世界各国普遍重视并竟相大力发展，技术上推陈出新。随着风力发电机组容量的不断增大，提高运行效率、最大程度地利用风能已经成为风力发电技术研究的重要内容。可实现最大风能追踪的变速恒频风力发电技术也就称为研究的热点。本文以交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制为主题．进行了从理论到实践、从仿真到实验的全面、深入的研究。在DFIG(双馈型异步发电机)的运行理论、最大风能追踪机理、DFIG有功、无功功率解耦

2、控制及并网控制、双PWM型变换器特性等方面进行了细致的研究，获得了一些重要结论和具有创新意义的成果。本文首先对DFIG的运行理论进行了分析，对DFIG数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导，为全文的研究莫定了理论基础。其次，在介绍了风力机特性的基础上，确定了采用DFIG功率控制来实现最大风能追踪的实施方案，该方案无需检测风速，实现简单，动态性能和鲁棒性较好。探索了DFIG参考功率的计算方法，建立了基于最大风能追踪和DFIG运行优化的参考有功功率和参考无功功率计算模型。基于最大风能追踪的需要，将磁场定向

3、矢量控制技术应用到DFIG运行控制上，形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略。再次，在分析了现有风力发电机并网技术的基础上，探讨了交流励磁变速恒频风力发电机的并网控制，建立了基于磁场定向矢量控制、不受转速变化影响的空载和负载两种“柔性”并网控制方案。最后，在DFIG转子励磁电源的研究中，分析了双PWM型变换器的特点、机侧变换器和网侧变换器在功能和控制上的异同。重点讨论基于电网电压定向矢量控制技术的网侧变换器的控制方法，以期实现网侧变换器交流侧单位功率因数控制和直流Jil；节电压控制。仿真研究中，

4、在建立了风力机和DFIG仿真模型的基础上，构建了完整的交流励磁变速恒频风力发电系统仿真模型，它通过并网和发电两个子系统的“分时工作”，实现了从并网控制到最大风能追踪控制的全过程运行仿真。实验研究中，探讨了采用直流电动机模拟风力机特性的方法，构建了由两个DSP，一台PC机组成的主从式交流励磁变速恒频风力发电实验系统，完成了有功、无功功率解耦控制、最大风能追踪控制、空载并网控制及网侧变换器控制等实验内容。丰富、详实的仿真及实验研究结果验证了本文理论研究的正确性。关键词：交流励磁，变速恒频，风力发电，双馈型异步发电机，双

5、P釉型变换器浙江大学博士学位论立ABSTRACTItisofgreatsignificmacetodevelopandutilizewindpower,whichisnotonlyrenewablebutalsowithoutpollutionwhenenergysoRrcescarcityandenvironmentpollutionaregettingmoreandmoreserious．Windpowergenerationtechniqueisimprovedgreatlythankstothatmorea

6、ndmorecountriesallovertheworldpayattentiontoit．Withtheincreasingscaleofwindpowergenerationsystem，theinvestigationonwilldpowergenerationtechniquehasbeenfocusedonimprovingtheoperationefficiencyofwindpowergeneration．Forthisreason，thetechniqueofvariablespeedconsta

7、ntfrequency(VSCF)operationwhichiscapableofcapturingthemaximwindpower,becomesresearchhotspot．WiththeoperationmadcontrolofanACexcitedVSCFwindpowergenerationsystemastheresearchsubject，thisdissertationmadecompletestudybysimulationandexperiment．Themainresearchconte

8、ntsinclude：theoperationtheoryofdoubly-fedinductiongenerator(DFIG)，themaximwindpowercaptureoperationprinciple，decoupledcontrolofDFIGactive＆reactiveoutputpower,grid-connectioncontrol