變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究

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1、內(nèi)容摘要本文對VSCF（變速恒頻）雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中的勵磁控制技術進行了仿真研究，主要內(nèi)容如下:在兩相同步旋轉坐標系dc-qc中，建立了基于定子磁場定向的雙饋發(fā)電機的數(shù)學模型，并分析了實現(xiàn)發(fā)電機定子輸出有功和無功功率獨立調(diào)節(jié)的矢量控制方法。采用輸入電流波形接近正弦且輸入功率因數(shù)可調(diào)，輸出電壓頻率、幅值和相位可以獨立調(diào)節(jié)的基于雙SVPWM（SVPWM（空間矢量脈沖寬度調(diào)制）整流-SVPWM逆變）的交-直-交雙向變換器作為勵磁電源；并分析了交-直-交雙向變換器直流側電容和網(wǎng)側電感的設計方法。分析了VSCF雙饋風力發(fā)電機在額定風速下的控制過程；利用仿真軟件

2、MATLAB/SIMULINK構建了雙饋發(fā)電機的仿真模型，仿真結果顯示了基于矢量控制的雙饋發(fā)電機對定子輸出有功功率、定子側功率因數(shù)和轉差率的單獨調(diào)節(jié)都能做出快速響應并保持良好跟蹤；建立了基于雙SVPWM的交-直-交雙向變換器勵磁和定子磁場定向矢量控制的VSCF雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型，對在亞同步速、超同步速和跨越同步速三種發(fā)電狀態(tài)下的定子輸出有功和無功功率的調(diào)節(jié)特性進行了仿真分析，仿真結果進一步驗證了系統(tǒng)控制策略的可行性；并與采用基于雙SPWM（SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）整流-SPWM逆變）的交-直-交雙向變換器進行了比較分析，仿真結果顯示了基于

3、雙SVPWM的交-直-交雙向變換器具有較高的直流電壓利用率和較低的勵磁電壓（電流）THD（總諧波畸變系數(shù)），更好地滿足了VSCF雙饋風力發(fā)電機的勵磁控制特性。本文的工作為VSCF雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中勵磁控制技術的應用研究提供了參考。關鍵詞：變速恒頻風力發(fā)電矢量控制雙向變換器空間矢量脈沖寬度調(diào)制II三峽大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明，本人

4、完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：I引言能源是國民經(jīng)濟的基礎，對于國家經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生活水平極為重要。但是在經(jīng)濟高速增長的情況下，我國能源工業(yè)面臨經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。走可持續(xù)發(fā)展道路、在確保社會不斷進步發(fā)展的同時保護生態(tài)環(huán)境不被破壞己經(jīng)成為越來越多國家的共識。因此，盡可能多地利用清潔能源代替化石能源是當今世界能源發(fā)展的必然趨勢。風能廣泛存在且能自由索取。在風能利用中，最完善的方案是把風能轉換為電能，并且送到電網(wǎng)中去。風力發(fā)電已在諸多可再生能源發(fā)電方式中獨樹一幟，成為對常規(guī)能源最具有競爭力的新能源發(fā)電方式。從世

5、界范圍看，歐洲和北美在開發(fā)和利用風力發(fā)電方面處于世界領先地位，尤其是歐洲的丹麥、德國和英國以及美國。隨著風力發(fā)電機單機容量的增大，風力機已采用變槳矩控制，為實現(xiàn)最大風能捕獲運行創(chuàng)造了條件。在追蹤最大風能的運行中，為了保證其最佳運行狀態(tài)、提高風力[1]發(fā)電機組的使用效率并且改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，必須實現(xiàn)VSCF（變速恒頻）發(fā)電，交流勵磁雙饋發(fā)電機是一種最佳的選擇?；陔pPWM（PWM（脈沖寬度調(diào)制）整流-PWM逆變）的交-直-交雙向變換器，具有輸入電流波形接近正弦和輸入功率因數(shù)可調(diào)且輸出電壓頻率、幅值和相位可以獨立調(diào)節(jié)的特性，將其作為勵磁電源，可以滿足交流

6、勵磁雙饋發(fā)電系統(tǒng)對勵磁變換器功率雙向流動及變換器輸入和輸出電流諧波含量少、諧波幅值小的要求，在當今電力電子技術水平的支持下，已成為最具實用價值的電源方案。因此，研究和探討該種勵磁控制技術及其相關控制原理正是本論文的選題背景。11緒論1.1變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的特點及研究現(xiàn)狀在風力發(fā)電中，當風力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行時，要求風電頻率保持為恒定的電網(wǎng)頻率。因此風力發(fā)電分為CSCF（恒速恒頻）發(fā)電和VSCF發(fā)電。CSCF發(fā)電是指在風力發(fā)電過程中保持發(fā)電機的轉速不變，從而得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。CSCF發(fā)電系統(tǒng)一般來說比較簡單，所采用的發(fā)電機主要是同步發(fā)

7、電機和鼠籠型感應發(fā)電機。前者運行于由電機極對數(shù)和頻率所決定的同步轉速，后者則以稍高于同步轉速的速度運行。VSCF發(fā)電是指在風力發(fā)電過程中發(fā)電機的轉速可以隨風速變化，通過一定的控制方式得到和電網(wǎng)頻率一致的恒頻電能。VSCF發(fā)電是20世紀末發(fā)展起來的一種新型發(fā)電方式，它將電力電子技術、矢量變換控制技術和微機信息處理技術引入發(fā)電機控制之中，改變了以往恒速才能恒頻的傳統(tǒng)發(fā)電觀念，在變水頭的水力發(fā)電、能量隨機變化的風力發(fā)電，以及艦船、飛機和車輛等變速主軸驅動的特殊發(fā)電場合中獲得了越來[2]-[4]越廣泛的應用，并表現(xiàn)出了卓越的運行性能，成為電力技術研究中的熱點

8、。[5]在風力發(fā)電應用中,和CSCF技術相比,VSCF技術更表現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)越性：1）風能是一種具有隨機性