六相电励磁同步风力发电机组的建模与控制研究

摘要

六相电励磁同步风力发电机组成本低、发电效率高、可靠性好，在国内外不少风电场都有所应用。此类风电机组在结构上具有多相绕组、电励磁和不可控整流的特点，所以其数学模型和控制策略与常见的变速恒频风电机组也不尽相同。然而现阶段尚未见到关于此类机组基础性研究的报道。因此，本文对六相电励磁同步风力发电机组的建模和控制进行了初步探讨，主要内容概括如下：
　　①分析了六相电励磁同步风力发电机组各组成部分和并网等值电路的数学模型，为后续研究奠定基础。其中以发电机为重点，根据其磁链方程和电压方程分析了发电机的7阶双绕组模型和5阶单绕组等效模型，并在此基础上推导了发电机的实用参数。
　　②针对六相电励磁同步风力发电机组，研究了一种基于直流电压反馈的励磁电压控制方法和一种基于“转速—有功电流”双闭环的最大功率跟踪控制策略。基于Simulink仿真环境，应用以上控制策略对风电机组的运行性能进行了仿真分析，仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。
　　③建立了六相电励磁同步风电机组并网的7阶简化动态模型。该模型中忽略了整流和逆变过程中的动态变换以及谐波影响，重点考虑了风电机组的转速变换、机电转换和电磁变换以及直流电容的充放电动态过程。此外，由于缺少一个关于发电机端电压的约束方程，基于Simulink电路仿真模型拟合了不可控整流器的―有功—无功‖运行特性。通过求解由风电机组和控制系统组成的高阶代数微分方程，仿真分析了机组在不同风速下的运行工况，并与Simulink电路仿真模型中的结果进行了对比，从而验证了简化动态模型的正确性。
　　本文的工作为工程实践中提高六相电励磁同步风电机组的运行性能奠定了模型和控制方面的理论基础。

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1 绪 论

1.1本课题背景及研究意义

1.2变速恒频风力发电技术的研究现状

1.3六相电励磁同步电机的研究现状

1.4本文的主要工作

2 六相电励磁同步风力发电机组的数学模型

2.1引言

2.2六相电励磁同步发电机的数学模型

2.3风电机组其余组成部分的数学模型

2.4并网电路的数学模型

2.5小结

3 六相电励磁同步风力发电机组的总体控制策略

3.1引言

3.2基于直流电压反馈的励磁电压控制策略

3.3基于―转速—有功电流‖双闭环结构的最大功率跟踪控制策略

3.4桨距角控制策略

3.5基于Simulink的风电机组运行性能仿真分析

3.6小结

4 六相电励磁同步风电机组的简化动态模型及其仿真分析

4.1引言

4.2六相电励磁同步风电机组简化动态模型的建立

4.3风电机组控制系统的数学模型

4.4风电机组简化动态模型的运行性能仿真分析

4.5小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的主要科研项目

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的专业实践活动

D. 仿真参数