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变速恒频风力发电关键技术研究

卞松江  
【摘要】: 在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,作为可再生绿色能源的风能成为世界各国普遍重视的能源,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。 本文对交流励磁变速恒频风力发电领域的关键技术进行了较为全面的从仿真到实验、从理论到实践的深入研究,同时对具有广泛潜在应用前景的级联式无刷双馈发电机变速恒频风力发电技术也进行了洋尽地理论分析,为今后进一步的深入研究奠定了一定的理论基础。 论文首先分析了交流励磁双馈电机的数学模型和在追踪最大风能捕获变速恒频风力发电时必需的定子磁链定向矢量控制策略;针对双馈发电机转子能量双向流动的要求,提出并首次设计了具有能量双向流动能力的双PWM交流励磁用变频器;为解决实验室环境中模拟风电现场进行风力发电研究的原动机问题,提出改造直流电动机模拟风力机的方案;为从理论上深入研究变速恒频控制策略建立了交流励磁变速恒频风力发电定子磁链定向控制的仿真平台,进行了有、无功功率独立调节的仿真分析;为实现从理论到实践的全面研究,研制出了一套小功率完整的双PWM变频器交流励磁的双馈风力发电机实验系统,进行了空载、并网发电等一系列的运行实验:所完成的仿真和实验研究均验证了理论、模型和控制策略的正确性、可行性。 此外,本文还首次详尽地分析了级联式无刷双馈电机在转子机械速dq坐标系、定子同步速MT坐标系下的数学模型,稳态等效电路及作变速恒频风力发电机运行时的定子功率绕组磁链定向矢量控制策略,通过仿真分析验证了模型和策略的正确性。


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