变速恒频笼型异步电机风力发电系统的研究

摘要

随着社会经济的快速发展,能源短缺的现象越来越严重,同时污染性能源的不断消耗使环境也在日渐恶化。而在所有的可再生能源中,风能因其有显著优势而使国内外极大地关注风力发电技术的发展。因此,本文对基于双PWM变换器的变速恒频(VSCF)笼型异步电机(SCIG)的风力发电系统进行研究分析。
　　 首先,本文分析了国内外的风力发电的目前状况及未来发展形势。比较了风力发电系统中四种实现VSCF控制的方案并分析其相应的性能情况。
　　 其次,本文介绍了笼型异步电机风力发电系统的整体构架及其原理。基于VSCF风力发电机组的4个运行区域的分析,研究了跟踪该系统最大功率的控制方法。结合数学坐标变换,详细分析SCIG在三种坐标系下即三相静止ABC、两相旋转dq、两相静止αβ坐标下的数学模型。
　　 然后,本文研究了笼型异步电机风力发电系统的相关控制策略,着重分析了针对机侧与网侧PWM变换器的控制。对于前者,文中提出基于转子磁链定向矢量控制,并采用双闭环PI控制以实现电机的P、Q解耦,从而推导出它的控制方案;至于后者的控制,文中通过比较分析3种较新的控制方案即基于电压的直接功率控制(V-DPC)、虚拟磁链定向控制(VFOC)及电压定向矢量控制(VOC),对比三种方案后,文中重点选用了第三种方案即选用基于电网电压定向及无功电流分量控制并构建了双闭环PI控制,从而得出它相应的控制方案。此外,针对网压出现不平衡时,对网侧变换器做了进一步研究分析并给出另一种控制方案。
　　 再者,本文利用Matlab7.0仿真软件,搭建了完整的笼型异步电机风力发电系统的仿真模型,通过该模型对系统中的主要组成部分及其控制模块等都做相应仿真,并对其结果做详细分析,以对上述提出的该系统各控制方案的可行性进行验证。
　　 最后,本文在仿真的基础上,对笼型异步电机风电系统模拟平台进行研究与设计,系统基于TMS320F2812DSP来实现对机侧、网侧变换器的控制,初步设计了该控制系统的硬件电路及其相应的软件流程图。