基于矩阵式励磁调节器的双馈风力发电系统动态解耦研究

摘要

目前双馈型电机是风力发电机的理想发电机，本文围绕双馈风力发电系统励磁装置的控制技术与功率动态解耦问题进行相关研究。
　　首先，分别对风力发电所采用的几种励磁装置进行对比与分析，选择双级矩阵变换器作为双馈风力发电系统的励磁装置，并且采用输入输出非线性控制策略，将双馈风力发电系统进行精确线性化，提高系统的动态响应，实现风力发电系统的解耦控制。
　　其次，根据双级矩阵变换器整流级和逆变级的相互关系与变速恒频风力发电不同控制要求和目标，将双级矩阵变换器和双馈电机的运行机制结合起来，实现变速恒频双馈风力发电的目标。针对风力发电的控制目标分别对转子侧和网侧分别进行数学建模与分析，由于双馈电机和双级矩阵变换器都存在非线性问题，因此在转子侧采用非线性控制策略实现双馈电机有功功率、无功功率的解耦、达到了提高系统的动态响应性能的目标;在网侧变换器中采用矢量控制策略实现直流母线电压的稳定。
　　再次，在双级矩阵变换器中采用双空间矢量调制策略，可以提高电压传输比，稳定直流母线电压。该策略的仿真结果显示:双级矩阵变换器具有良好的输入、输出特性，输出频率可以任意调节，完全满足双馈风力发电系统转子电流调幅、调频的励磁要求。
　　最后，根据双馈风力发电机和双级矩阵变换器的数学模型在PSCAD环境中建立了基于双级矩阵变换器励磁的双馈风力发电机的仿真系统，通过相应的仿真结果表明:在定子磁链定向中采用非线性矢量控制策略，实现了风力发电系统的有功功率和无功功率的高性能解耦控制，达到了变速恒频风力发电的目的，提高了系统的动态性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景意义

1．2 变速恒频双馈型风力发电机励磁装置发展现状

1．2．1 双馈风力发电励磁主要的励磁装置

1．2．2 矩阵变换器发展及其在风电系统中的研究

1．3 双馈型风力发电变流控制策略的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

2 交流励磁双馈型风力发电控制系统

2．1 交流励磁变速恒频双馈风力发电原理

2．2 双馈电机的数学模型

2．2．1 三相静止坐标系下的数学模型

2．2．2 两相同步旋转坐标系下的数学模型

2．2．3 两相静止坐标系的数学模型

2．3 本章小结

3 双馈电机的控制策略

3．1 双馈电机的矢量控制

3．1．1 矢量控制的原理

3．1．2 坐标变换

3．2 输入输出线性化解耦控制控制理论

3．3 基于非线性矢量控制的双馈风力发电系统控制原理

3．3．1 转子侧非线性控制器设计及其控制策略

3．3．2 网侧控制嚣的设计及其控制策略

3．4 本章小结

4 双级矩阵变换器及其调制策略

4．1 双级矩阵变换器原理

4．2 双空间矢量调制策略

4．2．1 整流级空间矢量调制

4．2．2 逆变级空间矢量调制

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

5 双馈风力发电机系统仿真研究

5．1 双馈风力发电机系统建模

5．2 不同风速下的系统响应

5．2．1 输入阶跃风时系统运行仿真

5．2．2 输入随机风时系统运行仿真

5．3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录(攻读学位期间发表的论文)