永磁風力發(fā)電系統(tǒng)新型拓撲及控制策略研究.pdf

1、風力發(fā)電是目前最經(jīng)濟的新能源獲取方式,在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和應用?；谟来磐桨l(fā)電機(PMSG)的風電系統(tǒng)因其良好的運行性能、高可靠性、低維護成本、強電網(wǎng)適應性,在風電領域、特別在海上風力發(fā)電中具有非常好的應用前景和潛力。大容量(5～10MW)風電機組是現(xiàn)代風電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,而高性能的全功率變流器是構(gòu)建大容量PMSG風電系統(tǒng)的一個關鍵。此外,隨著海上風力發(fā)電的發(fā)展及風電并網(wǎng)標準的提高,對風電系統(tǒng)運行的穩(wěn)健性和容錯性提出了更高

2、的要求。因此,全功率變流器的構(gòu)建、高性能控制策略以及故障運行控制是發(fā)展大功率PMSG風電系統(tǒng)的關鍵技術(shù)。本文以此為背景,從理論分析、仿真建模、實驗驗證三個方面深入研究了兩種新型拓撲結(jié)構(gòu)的PMSG風電系統(tǒng)及其控制算法。
　　 首先,本文將開繞組結(jié)構(gòu)電機應用到了風力發(fā)電領域,構(gòu)建了一種基于開繞組永磁同步電機(OW-PMSG)的風電系統(tǒng)。在研究定子繞組星接的永磁同步電機(SW-PMSG)風電系統(tǒng)控制算法的基礎上,建立了OW-PMSG在

3、同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學模型,分析了OW-PMSG級聯(lián)變流器的電壓空間矢量,并為OW-PMSG設計了兩種基于不同電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的無速度／位置傳感器矢量控制策略。在此基礎上,通過2Mw模型Matlab仿真和5.5Kw樣機實驗,深入研究了OW-PMSG風電系統(tǒng)的運行性能并與SW-PMSG風電系統(tǒng)進行了對比,驗證了OW-PMSG兩種控制算法的正確性和有效性。
　　 其次,深入研究了OW-PMSG風電系統(tǒng)電機側(cè)交流器發(fā)

4、生單相故障時的容錯運行策略。通過數(shù)學分析,得到了OW-PMSG級聯(lián)變流器故障重構(gòu)后的電壓空間矢量,提出了兩種基于不同SVPWM方式的無位置／速度傳感器矢量控制算法。在此基礎上,通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機實驗,深入研究了OW-PMSG級聯(lián)變流器單相故障容錯運行特性,驗證了所提容錯運行控制算法的正確性及有效性。
　　 此外,構(gòu)建了一種由‘半控變流器’(HCC)饋電的雙三相永磁同步電機(DW-PMSG)風電系統(tǒng)。建

5、立了DW-PMSG的數(shù)學模型,為其設計了基于電流協(xié)調(diào)控制和轉(zhuǎn)子位置／速度估算的矢量控制策略。通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機實驗,研究了HCC饋電DW-PMSG風電系統(tǒng)的運行特性,驗證了所提控制策略的正確性和有效性,并與全控變流器(FCC)饋電的DW-PMSG風電系統(tǒng)矢量控制運行性能進行了對比研究。另外,還將HCC饋電系統(tǒng)及其控制算法用作FCC饋電DW-PMSG風電系統(tǒng)的變流器容錯策略,并通過仿真和實驗驗證了容錯策略的可行