基于矩阵式励磁调节器的双馈风力发电系统动态解耦研究

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目前双馈型电机是风力发电机的理想发电机,本文围绕双馈风力发电系统励磁装置的控制技术与功率动态解耦问题进行相关研究。  首先,分别对风力发电所采用的几种励磁装置进行对比与分析,选择双级矩阵变换器作为双馈风力发电系统的励磁装置,并且采用输入输出非线性控制策略,将双馈风力发电系统进行精确线性化,提高系统的动态响应,实现风力发电系统的解耦控制。  其次,根据双级矩阵变换器整流级和逆变级的相互关系与变速恒频风力发电不同控制要求和目标,将双级矩阵变换器和双馈电机的运行机制结合起来,实现变速恒频双馈风力发电的目标。针对风力发电的控制目标分别对转子侧和网侧分别进行数学建模与分析,由于双馈电机和双级矩阵变换器都存在非线性问题,因此在转子侧采用非线性控制策略实现双馈电机有功功率、无功功率的解耦、达到了提高系统的动态响应性能的目标;在网侧变换器中采用矢量控制策略实现直流母线电压的稳定。  再次,在双级矩阵变换器中采用双空间矢量调制策略,可以提高电压传输比,稳定直流母线电压。该策略的仿真结果显示:双级矩阵变换器具有良好的输入、输出特性,输出频率可以任意调节,完全满足双馈风力发电系统转子电流调幅、调频的励磁要求。  最后,根据双馈风力发电机和双级矩阵变换器的数学模型在PSCAD环境中建立了基于双级矩阵变换器励磁的双馈风力发电机的仿真系统,通过相应的仿真结果表明:在定子磁链定向中采用非线性矢量控制策略,实现了风力发电系统的有功功率和无功功率的高性能解耦控制,达到了变速恒频风力发电的目的,提高了系统的动态性能。
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