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矩阵变换器在变速恒频异步风力发电中应用研究

罗伟斌  
【摘要】:被称为“蓝天白煤”的风力资源,是一种取之不尽,又不会产生任何污染的可再生能源。人类早在远古时代便开始利用风能。在风能利用中,最完善的方案是把风能转换为电能,并且送到电网中去,而风力发电目前采用的最佳技术方案是利用交流发电机直接实现变速恒频发电。该系统由于变速范围宽,具有最佳的风能利用系数,是风能发电的发展方向。 交流变速恒频风力发电系统从电气的角度来看,它包括交流发电机、电能控制系统。本文交流发电机采用异步电机,电能控制系统采用矩阵式变换器,研究基于矩阵式变换器的异步变速风力发电技术,通过研究变速风力发电技术,分析矩阵式变换器双空间矢量调制理论,利用矩阵式变换器功率因数可控原理,结合异步电机电动和发电原理,提出一套方案,既对输入电压进行锁相来控制输入电流矢量,向电网输送恒频恒压的电能;用转差频率控制算法产生电压空间矢量控制异步电机,使其在低风速时能够跟据风速变化,运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能,高风速时利用风轮转速的变化,储存或释放部分能量,提高传动系统的柔性,使功率输出更加平稳。 首先对矩阵式变换器双空间矢量调制进行MATLAB仿真,验证双空间矢量调制可行性后,再研制出矩阵式变换器实验样机,用一直流电动机模拟风力机作为异步电机发电原动力,用本文提出的方案通过矩阵式变换器控制异步电机,成功向电网送电,证明它不仅具有常规变速风力发电最大限捕捉风能、较宽的转速运行范围的优点,而且在双矢量PWM下可实现自然软并网、有功和无功调节,抑制谐波、减少开关损耗,提高效率。


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