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基于直流微网的新型双馈发电系统及其功率控制

邢凯杰  
【摘要】:随着环境的污染和化石能源的短缺,人们越来越重视可再生能源的利用,而风能以其丰富的储量、成熟的技术越来越受到各国的青睐。双馈系统因为其灵活的控制,低廉的成本,成为了风力发电的主流机型,而直流微网以及直流输电技术具有良好的发展前景,发展和推广直流微网已经成为大势所趋。所以针对直流并网的双馈系统受到了越来越多的专家和学者的关注。目前针对双馈发电系统的直流并网的研究还处于起步阶段,若要继续应用传统双馈风力发电系统的并网技术,就必须增加变换器,这样大大增加了系统的成本,同时也降低了能源利用率,本文主要研究针对直流微电网的一种新型双馈拓扑结构。该拓扑结构定子侧直接通过不控整流桥与直流母线相连,转子侧通过PWM变换器与定子侧共用一条直流母线,因为与传统双馈电机的区别主要集中在定子侧,所以对定子侧系统进行了建模分析,详细分析了当定子侧为不控整流桥时定子侧的电压电流、功率、谐波等方面的特性,并结合转子侧特性综合分析了系统的整体特性。最后为了提高新系统的能量传递效率,降低能量损耗,详细研究了系统的损耗模型,通过对系统的损耗求导,得到其最小值,并描绘出了最优的转子电流dq分量比例关系,同时使用MATLAB仿真,验证了以上理论分析的正确性。其次本文在详细的模型分析基础上,提出了两种基于气隙磁链定向的矢量控制方法。与传统的磁链定向目的不同,在本系统中气隙磁链定向的目的是保证转子侧励磁产生均匀的气隙磁场。针对气隙磁链定向下的系统,本文研究了转子电流环的调节器设计,并计算得出了其前馈补偿项,通过引入该补偿项,不仅能够实现转子电流dq两轴的解耦,又可以优化定子侧开路时系统的性能。由于定子侧不控整流器的影响,使系统中含有大量的谐波,针对系统中含有的谐波分量,通过引入PIR电流控制器,使转子电流能更好的跟随给定,从而有效抑制了有功功率波动。最后利用MATLAB搭建了系统的仿真平台,并通过仿真对比分析验证了气隙磁链定向的控制策略的可行性,以及利用最佳比例降低系统损耗的正确性。并搭建了以11KW双馈风力发电模拟平台为基础的新系统实验平台,采用以DSP2812为核心的控制电路,通过实验验证了上述控制策略能够有效的控制系统输出功率。


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