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矩阵变换器在变速恒频风力发电中的应用

彭阳辉  
【摘要】: 风力发电以其绿色、清洁、环保和可再生等优点成为世界能源增长最快的新领域。本文简单介绍了国内外风力发电的现状及其发展动态。在分析了风力发电技术现状和趋势的基础上,提出了一种新的基于矩阵变换器的双馈电机风力发电控制方式。解决了目前商用变速恒频风力发电系统普遍采用的交-直-交变流器由于存在中间直流环节而导致变流器效率不高和体积较大的问题。 本文简单介绍了双馈电机和矩阵变换器的发展历程、现状和发展研究情况。从双馈电机的基本结构和原理出发,分析了其变速恒频发电的实现。从双馈电机基本方程出发建立了,分别推导出双馈电机在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,由此推导出其稳态等效电路,并对其电磁关系与转速、功率、能量传输进行了分析。并对在追踪最大风能捕获所必须的矢量控制的原理进行了分析。通过双馈电机采用基于定子磁链矢量控制方法,实现了对有功功率和无功功率的解耦控制。对作为双馈电机励磁用变频器的矩阵变换器,在简单介绍其主拓扑结构原理、双向开关类型的基础上,对其调制方法和换流策略进行了深入的分析,确定了采用间接空间矢量调制的方法。以此建立了矩阵变换器的仿真模型。 利用前面的理论分析,在Matlab/Simulink中搭建了一套基于矩阵变换器的双馈电机变速恒频风力发电系统的仿真模型。设计了基于矩阵变换器的双馈电机变速恒频风力发电系统。通过与双PWM励磁的仿真对比分析,结果验证了所建系统以及控制策略的正确性,表明研究开发矩阵式变换器配合双馈电机发电将构成极具潜力的变速恒频风力发电方式,具有重要的理论研究和实际应用价值。


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