双馈异步风力发电机矢量控制策略研究

【摘要】：随着能源结构的不断调整变化,作为可再生能源的风能越来越得到重视。全球范围风电装机容量不断提高,而其中双馈异步发电机风电系统占据装机容量的很大一部分,DFIG的并网运行控制是风电研究的热点,本文的研究工作针对变速恒频DFIG的控制展开,对DFIG进行分析、建模并研究DFIG的矢量控制策略。 从DFIG发电系统的运行相关概念、理论出发,研究DFIG发电系统的模型,给出与矢量控制相关的基本概念方法。给出网侧变流器控制相关的滤波器模型、直流母线模型。针对转子侧变流器的控制,给出了DFIG的Γ型等效电路。同时还给出了矢量控制有关的空间矢量、场定向以及锁相同步技术概念方法。对控制器设计的内模控制原理和主动阻尼概念也作了介绍。 在DFIG发电系统模型的基础上进一步展开研究系统运行的控制方法、策略。从并网滤波器的电流控制、直流母线电压控制出发,分析研究了电网电压定向的网侧变流器矢量控制策略,并针对负载扰动引入了负载电流前馈控制。同样也是从电流控制、转矩控制和无功功率控制出发,研究了定子电压定向的转子侧变流器矢量控制策略。为了提高对电网扰动的抗扰能力,研究了考虑定子励磁电流动态的DFIG数学模型,得到了相应的改进的定子电压定向矢量控制策略。 电网扰动或者故障对DFIG运行影响较大,而DFIG发电系统并网运行需要遵守相关电网导则。从并网导则和电网故障分析出发研究并网DFIG的电网故障保护和穿越运行。针对电网扰动研究了电网故障下的同步方法和穿越运行控制。其中为了增强扰动下对网、转子侧变流器电流控制能力研究了基于矢量的滞环电流控制器,考察了其控制性能。 最后给出了DFIG风力发电系统的运行实验研究。利用永磁同步电机、DFIG的对拖机组搭建了运行研究实验平台,从硬件实现上对相关控制策略进行了实验验证。