新型直驱交流励磁风力发电系统控制策略研究

作     者：苏显贺 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：康尔良

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：新型风电系统 直驱交流励磁 并网 最大风能跟踪 矢量控制策略 

摘      要：为了缓解能源危机和解决环境污染问题,世界各国日益关注开发和利用新能源。风能凭借其巨大的开发潜能,干净清洁等优点,成为当今最具有规模化和商业化开发应用的新能源。近年来,风力发电技术不断进步,变速恒频风力发电技术以其高效率、稳定性好、更易并网操作等优点已经取代恒速恒频风力发电技术。双馈风力发电系统和直驱永磁风力发电系统是目前变速恒频风力发电系统中应用最多的两个系统。本文在对这两种系统结构特点及其性能优缺点分析的基础上,介绍一种新型直驱交流励磁风力发电系统,这种新型风力发电系统具有宽转速范围最大利用风能、低压穿越能力强、可靠性高等优点,未来新型直驱交流励磁风力发电系统会有更多优势。推导出风力机和新型直驱交流励磁发电机在各种坐标系下的数学模型,针对风电系统中两个最关心的并网和最大风能跟踪问题,详细介绍其原理,并提出一种基于矢量控制的控制策略。机侧变换器和网侧变换器是双PWM变换器,网侧变换器采用电网电压定向矢量控制,机侧变换器采用定子电压定向矢量控制,两者协调控制,实现直流母线电压稳定,有功功率和无功功率的解耦,功率因数可调。励磁变换器采用定子磁链定向的矢量控制,在并网控制过程中,通过控制励磁电流来控制定子空载电压,保证机侧PWM整流器的可靠运行,实现并网操作;在最大风能跟踪控制过程中,控制励磁电流来控制发电机转速,实现最大风能跟踪。利用Matlab/Simlink对所提出的控制策略进行仿真分析,仿真结果表明:在风速随机变化时,新型系统有良好的动、静态性能,能够实现并网和最大风能跟踪操作,验证了该控制策略的可行性和有效性。对新型系统网侧变换器控制系统进行硬件和软件设计,硬件电路主要是主电路和控制电路的设计,软件部分主要是基于DSP28335控制器的软件程序设计,并对设计的控制系统进行实验验证,实验结果波形良好,符合所提出的控制策略,验证网侧变换器控制策略和设计的控制系统的正确性。