雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)速度傳感器控制策略研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今世界各國(guó)面臨的重大問(wèn)題。開(kāi)發(fā)新能源和發(fā)展可再生能源已成為了人類社會(huì)的共識(shí)，而風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源也越來(lái)越受到重視。本文以安徽省“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家“十一五”科技支撐項(xiàng)目為依托，選擇雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行了從理論到實(shí)踐、從仿真到實(shí)驗(yàn)的全面、深入研究。雙饋電機(jī)的控制需要精確的轉(zhuǎn)子速度和位置信號(hào)，傳統(tǒng)的雙饋調(diào)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用帶速度位置編碼器（碼盤）的定子電壓定向的矢

2、量控制技術(shù)，但是速度傳感器的存在增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，給系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)了諸多不便。因此，本文的研究工作主要圍繞雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)速度傳感器控制展開(kāi)。
　　 本文首先詳細(xì)分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本構(gòu)成和運(yùn)行原理，在此基礎(chǔ)上對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的無(wú)速度傳感器控制方法進(jìn)行了介紹和分析，指出現(xiàn)有控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)。特別是雙饋電機(jī)(DFIG)在實(shí)際風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，需要在發(fā)電和電動(dòng)兩種狀態(tài)、四個(gè)象限下運(yùn)行，而現(xiàn)有對(duì)雙饋電機(jī)的很多無(wú)速度傳感器控制算法

3、都是針對(duì)發(fā)電狀態(tài)下進(jìn)行研究，在電動(dòng)狀態(tài)下不能使用。本文提出的參考模型自適應(yīng)的算法有效解決了以上問(wèn)題，并通過(guò)理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)可以總結(jié)如下:
　　 (1)簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)風(fēng)能資源的分布、國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)展的概況和世界風(fēng)電裝機(jī)容量情況。列舉了現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的幾種主要類型，并分析了風(fēng)力發(fā)電今后的發(fā)展的趨勢(shì)。介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行的幾種重要控制技術(shù)，如偏航變槳技術(shù)、無(wú)速度傳感器技術(shù)和低電壓穿越技

4、術(shù)。
　　 (2)分析了雙饋電機(jī)(DFIG)的工作原理、等效電路和雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)兆瓦級(jí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制方法，將其運(yùn)行情況分為啟動(dòng)狀態(tài)、最大功率跟蹤狀態(tài)、額定功率狀態(tài)（恒功率控制）和停機(jī)狀態(tài)，對(duì)每種狀態(tài)做了簡(jiǎn)單介紹?；陔p饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的幾種運(yùn)行狀態(tài)，介紹了雙饋風(fēng)機(jī)的控制時(shí)序。對(duì)現(xiàn)有的雙饋電機(jī)無(wú)速度傳感器控制方法做了分析。
　　 (3)分別在三相靜止A-B-C坐標(biāo)系、兩相靜止α-β坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)

5、d-q坐標(biāo)系下，對(duì)兆瓦級(jí)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的雙饋電機(jī)(DFIG)和變流器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。分析了雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中能量的流動(dòng)關(guān)系，詳細(xì)介紹了風(fēng)機(jī)在四種運(yùn)行工況下的功率流向和轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹了目前風(fēng)電系統(tǒng)中常見(jiàn)變流器的矢量控制方法并對(duì)基于定子電壓和定子磁鏈的兩種風(fēng)機(jī)變流器的矢量控制方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。
　　 (4)設(shè)計(jì)并搭建了110KW的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型對(duì)拖平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由一臺(tái)變頻器控制的異步電機(jī)和一臺(tái)雙PWM變流器控制的雙饋電機(jī)組成。雙

6、饋電機(jī)的控制系統(tǒng)由三部分組成:網(wǎng)側(cè)控制器、機(jī)側(cè)控制器和上位PC機(jī)。對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟硬件結(jié)構(gòu)做了介紹，并對(duì)平臺(tái)中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì).
　　 (5)對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法進(jìn)行了研究:指出了傳統(tǒng)編碼器的缺點(diǎn)，分析了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的無(wú)速度傳感器的控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)基于雙饋電機(jī)定子電壓或者電流的無(wú)速度傳感器控制方法提出了改進(jìn)，使之能適用于風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行。提出兩種參考模型自適應(yīng)的無(wú)速度傳感器控制方法，并采用不同的控制理論方法證明