直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)功率平滑策略的研究與控制系統(tǒng)設計.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境日趨惡化和能源危機日益突顯，充分開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國的共識。風能作為最常見的可再生清潔能源之一，受到了人們的廣泛關注，風力發(fā)電技術在近二十年取得了迅猛的發(fā)展。
　　 在各種風力發(fā)電系統(tǒng)中，直驅(qū)式永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)由于其傳動系統(tǒng)簡單、運行可靠性較高、發(fā)電效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應用。為了提高直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)性能，必須采用適當?shù)目刂撇呗?。對于使用雙PWM交-直-交電壓型變流器的直驅(qū)永磁同步風力

2、發(fā)電系統(tǒng)來說，既要對它的電機側變流器進行控制，又要對電網(wǎng)側變流器進行控制?？刂齐姍C側變流器的目的是為了控制風力發(fā)電機的輸出有功功率和機組的風能利用率，同時還可對電機轉矩的脈動加以限制；控制電網(wǎng)側變流器是為了控制發(fā)電機輸送到電網(wǎng)的有功功率和無功功率。
　　 由于風能具有不確定性、不可控性和隨機波動性，使得風力發(fā)電機輸出的電功率存在很大的波動，如果不加限制并網(wǎng)，不僅會影響電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，甚至還會威脅到電網(wǎng)的安全運行。特別是隨著風力

3、發(fā)電總裝機容量的不斷增大，這個問題顯得越來越突出。因此，引入先進的控制策略來提高并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量成為亟待解決的問題。
　　 本文針對直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)，深入研究了抑制其輸出有功功率波動的控制策略。
　　 論文首先建立了直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學模型，作為進行各種仿真分析的基礎；根據(jù)經(jīng)過坐標變換后的永磁同步電機數(shù)學模型，建立了電機側變流器的矢量控制模型；在分析電網(wǎng)側變流器數(shù)學模型的基礎上，

4、提出了按照電網(wǎng)電壓矢量定向的電網(wǎng)側變流器矢量控制模型；考慮到風力機因受氣動性能的影響而具有很強的非線性，且其槳葉具有很大的慣性，傳統(tǒng)的PID變槳距控制難以獲得良好的性能，因此設計了模糊變槳距控制器，仿真結果表明，與PID控制的變槳距相比，模糊變槳距控制的具有更好的控制性能；考慮到風力發(fā)電機組屬于強耦合、非線性、參數(shù)易變的系統(tǒng)，因此在其功率控制環(huán)節(jié)引入滑?？刂疲抡娼Y果表明，與PI控制相比，采用滑?？刂频南到y(tǒng)不僅具有更好的動態(tài)性能，還能有

5、效消除電機參數(shù)變化和外來擾動的影響，魯棒性好；論文分析了采用傳統(tǒng)功率控制策略的風力發(fā)電系統(tǒng)的主要不足，提出了一種無需增加輔助設備的新的功率控制策略，即在有效風速范圍內(nèi)，既采用模糊變槳距控制來調(diào)節(jié)機組的運行轉速，又同時采用轉矩動態(tài)滑?？刂苼碚{(diào)節(jié)有功功率，仿真結果表明，在恰當設置平滑功率給定的情況下，該控制策略可有效抑制因風速波動等原因引起的發(fā)電機輸出有功功率波動；同時，論文還研究了直流側采用飛輪儲能系統(tǒng)，在不改變變頻器中電網(wǎng)側變流器和電機

6、側變流器控制策略的基礎上，結合飛輪儲能系統(tǒng)的能量控制策略，從而實現(xiàn)了輸出有功功率的平滑控制；最后，以高速數(shù)字信號處理器和集成智能功率模塊為核心，研制了直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電實驗平臺，并在該平臺上進行了有功獨立調(diào)節(jié)、無功獨立調(diào)節(jié)、變速恒頻運行、最大風能捕獲控制等實驗，實驗結果驗證了前述相關設計及分析的正確性。
　　 本文力圖站在電網(wǎng)的角度，對直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略加以改進。所做工作可為相關工程設計提供一定的理論依據(jù)，為實