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变速恒频风力发电系统中矢量控制系统的研究及应用

李楠  
【摘要】:随着风力发电事业的蓬勃发展,风力发电技术已经成为世界各国研究的热点。在已有的双馈调速风力发电系统当中,多采用带有位置传感器的定子磁场定向或者定子电压定向矢量控制方法,但是位置传感器的安装会给系统带来一些缺陷,从而容易降低系统可靠性,所以为了解决这个问题,本文提出一种基于无速度传感器的双馈电机控制方法。 首先,论文比较了多种变速恒频风力发电系统,分析了它们的特点。又因为风轮机的空气动力特性决定着发电机的控制指标和控制环路的设计,由此对风能利用系数和桨距角与叶尖速比的关系进行分析,推导了风能利用系数的近似公式。分析了不同风速下的控制策略,应用单纯形加速法确定最优叶尖速比。 另外,从双馈电机稳态模型进行分析,再用瞬态模型分析,推导并分析了定子磁场定向坐标系下的控制方程和解耦特性。最后,根据风力发电当中风轮机不要求快速动态相应能力,提出了对转子感应电势瞬时采样经低通滤波后再进行定向的方法——转子感应电势定向方法。该方法以瞬时有功功率的控制来实现对力矩的控制,对转子侧瞬时无功功率的控制来实现定子侧励磁电流的控制,瞬时有功功率的计算不需要积分器来计算磁通,也就没有积累误差。在转子感应电势定向环节中,引入了FIR数字滤波器对感应电势信号进行滤波,不仅有良好的幅频特性,而且有线性相频特性。经过分析,加入滤波器后不仅使得控制方法得以实现,而且增强了系统的抗干扰性,对定向过程中转子漏感等参数的不准确产生的偏差也会被滤除,增强了系统的鲁棒性。 最后,通过仿真实验证明这种方法相对于双馈电机的稳态控制有快速的动态响应,避免了低频振荡,因此使得控制性能介于定子磁场定向和稳态控制之间,可以实现对风力发电的无速度传感器的控制。通过转子感应电势定向,还可以实现双馈电机无功功率调节,控制结构简单具有较强的实用性。


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