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并网型双馈风力感应发电机直接功率控制

潘光辉  
【摘要】:本文介绍了风电产业在国内外发展的现状和趋势,并对目前应用最广泛的双馈感应风力发电机组主要控制技术的研究现状进行了分析。在此基础上选定了双馈感应电机的并网控制、并网后的功率控制作为本文的主要研究内容。 首先,分析了双馈感应电机变速恒频的工作原理,并分别给出了在静止ABC坐标系、αβ坐标系和dq同步旋转坐标系中双馈感应电机的数学模型及其变换关系,为本课题的研究提供理论基础。 其次,分析了双馈感应电机的三种常用的并网方式:电机空载并网、负载并网以及孤岛并网。在传统控制算法不能满足控制要求的情况下,本文根据实际情况提出一种基于定子磁链定向的转子侧变流器空载并网控制算法,以及分析了SVPWM的原理及具体的实现方法,用Matlab/Simulink搭建仿真模型进行仿真研究。实验表明双馈感应电机的定子电压在四个周期内即可以完成对电网电压的跟踪,并网时的冲击电流很少,实现了双馈感应发电机组的顺利并网。 再次,本文通过仿真比较并网后的两种功率控制方式:矢量控制和直接功率控制策略,实现有功和无功功率的解耦控制,其中矢量控制系统复杂,容易受电机参数的影响,会导致控制系统的不稳定,而直接功率控制动态响应快,对电机参数不敏感,但难以解决快速性和超调性的矛盾。本文在直接功率控制的基础上引入TD跟踪微分器,以非线性组合代替传统PI,并对直接功率和基于非线性PID的直接功率控制算法进行软件仿真对比研究。仿真结果表明基于非线性PID的功率控制参数适用范围广,具有良好的鲁棒性,能够实现快速无超调控制,同时能够减小动态过程中有功和无功功率的相互影响。 最后用电动机模拟风机带动双馈电机转动,构建实验平台。构建双馈感应发电机控制的硬件系统,软件流程与结构设计,并给出了基于TMS320F2812的双馈感应发电机并网和功率调节实验结果。


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