双馈发电机控制方法研究

摘要

双馈发电机可实现变速恒频运行,具有优越的稳态和暂态运行性能,特别适用于风力发电、变水头水力发电以及抽水蓄能发电系统。采用合适的控制策略是发电机能够发挥其良好的调节性能、运行的灵活性及可靠性的关键。本文在详细分析双馈发电机的数学模型和基本特性的基础上推导了双馈发电机的矢量控制方法,建立了基于PSCAD/EMTDC环境下的仿真平台,以双馈风力发电机为例详细分析了电网电压不平衡情况下双馈发电机的控制方法,进行了仿真验证。本文的主要工作如下：分析了双馈电机的基本理论及基本特性,推导了矢量变换的数学过程,搭建了双馈发电机的数学模型,总结了双馈发电机的能量转换关系。阐述了矢量控制的基本概念,分析了基于定子磁场定向的矢量控制的基本原理,推导了基于定子磁场定向的矢量控制时发电机的功率方程,搭建了基于定子磁场矢量控制策略的控制系统的框图。阐述了双PWM变流器的基本概念和工作原理,推导出网侧三相PWM变流器基于开关函数的一般数学模型,并采用电网电压定向的矢量控制,使交流侧输入电流分为有功分量和无功分量,分别控制此有功无功分量以实现交流侧单位功率因数控制和直流环节电压控制。在PSCAD/EMTDC环境下搭建了仿真系统平台,完成了对控制策略的仿真验证。以双馈风力发电机为例阐述了电网电压不平衡对电机和风力机的危害,在双馈发电机原有的控制策略中增加了负反馈控制,转子侧负反馈的目标是抑制电磁振荡,网侧负反馈控制的目标是抑制注入电网的不平衡电流。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 双馈发电机的控制方法的研究现状

1.2.1 电网正常运行时双馈发电机的控制方法

1.2.2 电网电压不平衡时双馈发电机的控制方法

1.3 本文的主要工作

2 双馈发电机的基本理论

2.1 双馈发电机的基本原理

2.2 a-b-c三相静止坐标下双馈电机的数学模型

2.3 矢量变换基本原理

2.3.1 坐标变换的基本原理

2.3.2 三相静止坐标到两相静止坐标变换

2.3.3 两相静止到两相旋转坐标变换

2.3.4 三相静止到两相旋转坐标变换

2.4 d-q-O同步旋转坐标系的数学模型

2.5 双馈电机的功率传递关系

2.6 本章小结

3 双馈发电机的转子侧控制策略研究

3.1 矢量控制概述

3.2 双馈发电机的转子侧控制方法

3.2.1 定子磁场定向矢量控制的基本原理

3.2.2 定子磁场幅值位置角θ的计算

3.2.3 转子物理量转换角θ_f的确定

3.2.4 双馈发电机定子磁场定向的矢量控制系统

3.3 本章小结

4 双馈发电机的网侧控制策略

4.1 双PWM控制的交-直-交电压型变频器介绍

4.2 双馈发电机网侧变频器控制方法

4.3 本章小结

5 双馈发电机控制方法的仿真研究

5.1 仿真软件的选择

5.2 双馈发电机的仿真研究

5.3 本章小结

6 电网电压不平衡双馈风力发电机改进控制方法研究

6.1 双馈风力发电系统的结构

6.2 坐标变换原理

6.3 电网电压不平衡双馈发电机改进控制方法

6.3.1 转子侧控制策略

6.3.2 电网侧控制方法

6.4 电网电压不平衡双馈发电机的仿真研究

6.5 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况