双馈式风力发电机组的控制方法研究

摘要

风力发电是技术成熟、发电成本低、对环境友好的一种新能源形式。双馈风力发电系统具有能够根据风速变化在较宽的转速范围内做变速运行、有功无功解耦等特性，有广阔的应用前景，是风电研究中的热点之一。其难点是机组控制比较复杂，不同环境条件下的运行控制要求不同。
　　 本文首先深入分析了双馈风力发电机组的结构和各部分的工作原理，总结了机组在不同环境条件下总的控制原则。在此基础上，建立了风能转换和双馈电机的数学模型。针对影响风能转换效率的因素，分析比较了三种最大风能追踪的控制方法及不同风速下的桨距角控制原则；而后利用坐标变换和定子磁场定向矢量控制技术简化了双馈电机的数学模型，并给出了机组的并网和有功无功解耦的控制策略。
　　 在MATLAB中建立了双馈式风力发电机组的系统模型，在不同控制信号下进行仿真。仿真结果表明，机组在并网控制下定子电压能快速和电网电压同步、在低风速时保持最大风能转换效率、高风速时保持恒功率输出，同时具有有功无功解耦控制的特点，说明建立的模型和采用的控制策略是正确的。
　　 最后在系统控制中引入了模糊控制。模糊控制不需要系统的精确数学模型，依赖于人的操作经验和知识。将模糊控制与PI控制相结合，使PI控制参数根据系统状态实时在线整定。通过仿真比较，结果说明模糊PI控制能够提高系统的响应速度和精度。