變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制及仿真分析.pdf

1、在人類面臨能源、環(huán)境兩大緊迫問(wèn)題的今天，被人們譽(yù)為綠色、環(huán)保的能源，如風(fēng)能，水能以及太陽(yáng)能等潔凈能源的利用日益受到人們的重視。風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，具有巨大的商業(yè)潛力和環(huán)保效益。我國(guó)的風(fēng)能資源豐富，可利用的潛能很大，大力發(fā)展風(fēng)電、水電是我國(guó)長(zhǎng)期的能源政策。 風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展己有將近20年的歷史，其中基于變速恒頻技術(shù)的交流勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電方案己經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電的一大重點(diǎn)課題。采用變速恒頻技術(shù)后可大大提高風(fēng)能的利用率，改

2、善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可調(diào)、具有獨(dú)立的有功、無(wú)功調(diào)節(jié)能力，特別適用于風(fēng)力發(fā)電、抽水蓄能電站等場(chǎng)合。 本文首先全面介紹了應(yīng)用于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電機(jī)—雙饋電機(jī)(工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)也叫做交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī))的基本原理以及各種工作狀態(tài)。重點(diǎn)分析了雙饋電機(jī)作變速恒頻運(yùn)行時(shí)的工作原理，闡述了其與同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)的不同之處，分析了其能量平衡關(guān)系，得出了電機(jī)在A-B-C坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型；通過(guò)坐標(biāo)變換，詳細(xì)推導(dǎo)了雙饋電機(jī)在兩相同

3、步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用電機(jī)定子磁場(chǎng)定向的矢量控制技術(shù)，并結(jié)合最大風(fēng)能捕獲原理，構(gòu)建了其有功功率和無(wú)功功率解耦控制的雙閉環(huán)串級(jí)PI調(diào)節(jié)控制方案。實(shí)現(xiàn)了雙饋發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制。 其次，作為變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)的核心部件，雙PWM變頻器可使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源的輸入輸出特性更好，電力諧波更小，調(diào)速調(diào)頻范圍更寬以及實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸。其中，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器擔(dān)負(fù)雙饋發(fā)電機(jī)的矢量控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子輸出

4、無(wú)功的獨(dú)立調(diào)節(jié)；網(wǎng)側(cè)變頻器則通過(guò)直流環(huán)節(jié)完成轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器與電網(wǎng)間的能量交換。因此，本文還重點(diǎn)分析了三相PWM變頻器在同步d-q坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，并采用電網(wǎng)電壓矢量定向的方法，建立、設(shè)計(jì)了兩相同步坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)變頻器的PI調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，使雙PWM變頻器協(xié)調(diào)工作。 此外，由于風(fēng)能的隨機(jī)性、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)職守和電力系統(tǒng)運(yùn)行高可靠性等要求，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真模型是十分重要的。隨著電力系統(tǒng)越來(lái)越龐大，控制系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜的發(fā)展

5、趨勢(shì)，利用仿真來(lái)檢驗(yàn)控制系統(tǒng)，分析其對(duì)發(fā)電機(jī)甚至是整個(gè)電網(wǎng)的影響對(duì)實(shí)際工作具有重要意義。同時(shí)，仿真系統(tǒng)可為某種控制策略以及參數(shù)的調(diào)整提供仿真的“試驗(yàn)”平臺(tái)。因此，本文利用MATLAB/SIMULINK的軟件平臺(tái)，在進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)特性仿真的同時(shí)，構(gòu)造了整個(gè)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的仿真模型，仿真分析了在不同風(fēng)速下，發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的低于、等于、高于電機(jī)同步速的發(fā)電工作狀態(tài)并得到了相關(guān)的輸出特性。還對(duì)變速恒頻和恒速恒頻技術(shù)在風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能大小的