直驱式永磁同步风力发电机组控制策略研究

摘要

在减少温室气体排放和保护生态环境成为人类面临的重大课题的背景下，大规模利用以风力发电为代表的可再生能源势在必行。针对作为主流机型的直驱永磁同步风力发电系统，本文分别搭建了风力发电系统的机械部分、电机部分、整流部分、逆变部分的仿真模型，并研究了其主要的控制策略。首先，深刻了解了风涡轮机的运行原理和变桨距控制策略，并搭建了在大型风力发电机组中广泛采用的变桨距控制系统的简化模型。基于该模型在风资源模型的作用下，分析了运行点的桨距角变化率；验证了变桨距控制策略的正确性。为进一步研究直驱永磁同步风力发电系统控制策略奠定了坚实而稳固的基础。其次，在全风速范围内，带有速度观测器的风力发电系统模型运用变桨距控制策略有效限制了风力发电机组的转速；将观测转速与系统参数相结合保证了风力利用系数的最大值，最终实现了最大风能捕获控制。仿真结果证明了直驱永磁同步风力发电机组速度观测器法具有实用的控制效果。最后，利用同步逆变器与同步发电机相似的下垂特性，将准同步原理与变流器并网技术相结合，提出了有效的电力系统差频率并网方法。分析结果证明，基于下垂特性的电力系统差频率并网方法可以实现快速、友好地并网。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

第2章 风涡轮机变桨距控制系统建模与仿真

2.1 风资源模型

2.2 变桨距风涡轮机数学模型

2.3 风涡轮机变桨距控制系统建模与仿真分析

2.4 本章小结

第3章 直驱永磁同步风力发电系统的控制策略研究

3.1 直驱永磁同步风力发系统的数学模型

3.2 基于直接转矩控制的风力发电机组基本原理与模型建立

3.3 仿真验证

3.4 本章小结

第4章 带有速度观测器的直驱永磁同步风力发电机组风能捕获

4.1 无速度传感器控制技术

4.2 带有速度观测器的风力发电系统

4.3 仿真试验

4.4 本章小结

第5章 风力发电系统差频率并网技术研究

5.1 并网要求

5.2 基于下垂特性的电力系统差频率并网

5.3 控制系统的设计

5.4 仿真试验

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢