基于一种半直驱式风力发电控制系统的研究

摘要

风能作为一种绿色能源，已成为一种新兴的重要发电形式。风力发电机组的单机功率容量不断提高，这给研究工作带来了机遇与挑战。本文针对风力发电系统中的一些关键技术，进行了较为深入的研究。
　　 针对风力发电机组如何在恶劣环境下安全可靠运行的问题，本文对风力发电机组的主控系统进行了研究。提出了一种基于AB公司的可编程逻辑控制器PLC作为主控制器的控制系统。在分析该控制系统工作原理的基础上，设计了风力发电机组的PLC逻辑控制系统、上位机监控系统和以太网通讯系统，并进行了初步的可行性验证。实验结果表明，上述系统效果良好、性能稳定。
　　 针对风力发电机组的最大风能捕获问题，本文对机组的功率控制策略进行了研究。首先介绍一种组合风速模型，它可以反映实际风速状况，同时也能给风力发电系统的仿真模型提供准确的参数。接着介绍了风力发电机组功率捕获区域，不同的区域采用相应的功率控制策略，着重分析了在额定风速以下采用的最大风能捕获控制策略，研究了一种改进的爬山搜索法。最后通过仿真验证了最大风能捕获控制策略的可行性。
　　 针对单机容量不断提升的问题，本文提出一种半直驱式多发电机风力发电装置。首先介绍了多个永磁同步发电机与单级增速箱相结合的半直驱式风力发电系统。接着分析了采用六相双Y永磁同步发电机接有两个三相整流负载、中性点隔离时，使发电机内部5、7次谐波磁势显著削弱的原理。然后，根据新型的风力发电装置的特点，提出了一种模块化的串并联多脉晶闸管整流器。最后通过实验验证了装置的可行性。
　　 针对风力发电机组的并网要求，本文对低电压穿越控制策略进行了研究。在分析国内外低电压穿越规范的基础上，结合本文所提出的半直驱式风力发电装置的硬件结构特点，研究了一种低电压穿越(LVRT)的控制策略:基于风电机组的惯性储能，采用机侧变流器最大功率降额控制策略，结合直流环节泄放电阻和变桨距技术，实现低电压穿越。仿真实验验证了该策略的可行性。