无刷双馈风力发电机控制系统的研究

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无刷双馈风力发电机是一种新型发电机,它有多种运行模式,并具有许多优点,能够解决当前交流调速系统中存在的主要问题。无刷双馈发电机有可能成为风力发电中的主流发电机,因此对其控制方法进行研究则尤为重要。   本文从无刷双馈风力发电机的结构及各绕组磁链间的相互作用关系出发,介绍无刷双馈发电机的工作原理。利用无刷双馈发电机在各种坐标系下的数学模型,对其实现最大风能跟踪的控制策略进行研究。主要包括以下内容:   在运用直接转矩控制方法对无刷双馈风力发电机进行控制,实现最大风能跟踪时,发电机的转速能较快稳定在最佳转速值。但是常规直接转矩控制存在较大的转矩脉动,对此本文进行了深入研究,重点研究了两种改进方案,即模糊控制和空间矢量调制技术相结合在直接转矩控制系统中的应用、转矩变化率估计技术在直接转矩控制系统中的应用。通过仿真,分别将两种改进的控制策略的控制效果与常规直接转矩控制的控制效果作比较,证明本文所应用的改进控制策略,能够有效地减小转矩脉动,使发电系统平稳运行,改善发电质量。   无刷双馈风力发电机的功率控制是利用无刷双馈发电机双同步坐标系下的数学模型,将定子磁链定向后,推导得到的以实现发电机有功功率和无功功率解耦控制为目的的控制策略。本文还将模糊PI控制器应用到功率控制系统中,以解决常规PI控制器参数整定的难题。通过仿真结果可知,本文研究的功率控制策略实现了功率解耦控制,模糊控制器的应用也在很大程度上改善了功率控制系统的控制效果。   无刷双馈风力发电机转子磁链定向矢量解耦控制,也是以无刷双馈发电机双同步坐标系下的数学模型为基础,以实现磁链和转矩的解耦控制为目的。转子磁链定向矢量解耦控制的思路为:将控制绕组子系统的转子磁链定向后,探寻电磁转矩和磁链分别与控制绕组电流分量之间的关系。仿真结果表明,对无刷双馈风力发电机进行转子磁链定向矢量解耦控制,可以在实现对磁链和转矩单独控制的同时,实现最大风能追踪。
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