双馈风力发电机无速度传感器控制策略研究

摘要

当代，环境污染和化石能源危机将严重影响人类的生存和发展，人们对清洁高效的新能源渴求也愈加强烈。风力发电技术起源于西方，一直以来风电技术的突破革新也大多由欧美主导，但风能产业受到了我国政府的大力推广与支持，占中国能源的比重也日趋增长。以双馈电机为核心的变速恒频发电系统成为近些年科研领域的热点，本文亦跟随科研潮流，系统地研究了整个双馈电机变频恒速风力发电系统，重点研究了双馈电机矢量控制技术，又因为传统矢量技术对速度传感器的依赖性太强，研究了了无速度传感器的矢量控制控制技术。主要研究内容概括如下：
　　首先，研究了以双馈感应发电机为核心的变速恒频风力发电系统，分析了系统的结构特点和运行原理，重点研究了风力机的最大风能捕获原理以及空载和带负载并网方式。然后，针对双馈发电机和双PWM变流器的物理特性，应用数学方法分别在不同坐标系下建立的它们的数学模型，尤其是推导出两相旋转坐标系下的数学模型，推开了后文继续研究的理论之门。
　　由于双馈风力发电系统特殊的运行特点，并网前后的主要任务不同，网侧和转子侧变流器的任务也不相同，所以将矢量控制方案分为并网前和并网两个阶段以及转子侧和网侧两套控制策略。重点研究了转子侧变流器的空载并网控制、并网后的最大风能追踪控制以及基于电网电压定向的网侧PWM变流器控制。
　　了解无速度传感器控制技术兴起的背景及优势，研究双馈电机基于模型参考自适应的速度辨识方法并将其引入矢量控制系统中，针对并网前后两个模型的仿真结果表明该方法是可行的，对工程应用有重要的意义。
　　基于以上理论基础，在 MATLAB/simulink平台上搭建仿真模型，仿真结果验证了控制策略的正确性，为继续展开实际应用研究提供了可能。设计了一套多用途双馈风力发电机模拟实验系统。