基于矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制策略研究.pdf

1、目前，雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍使用電壓源型雙PWM變頻器作為勵(lì)磁系統(tǒng)電源。雙PWM變頻器需要大電容作為直流儲(chǔ)能元件，不僅體積大、重量重，且不易維護(hù)，同時(shí)大電解電容的電解液易于揮發(fā)，嚴(yán)重影響變頻器的壽命。矩陣變換器不存在大電容或大電感，具有體積小，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此研究矩陣變換器交流勵(lì)磁系統(tǒng)，對(duì)減小勵(lì)磁系統(tǒng)體積，提高功率密度，降低維護(hù)成本均有重要意義。但由于矩陣變換器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，將其應(yīng)用于雙饋電機(jī)交流勵(lì)磁系統(tǒng)，還存在著并網(wǎng)困難、

2、運(yùn)行性能欠佳等問題。為此論文研究了基于矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制策略，并通過實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性工作如下：
　　 (1)在深入分析雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型和矩陣變換器調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋電機(jī)空載、正常工況下和非正常工況下三種運(yùn)行狀態(tài)，提出了基于矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制方案。該方案使得基于矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以滿足在不同工

3、況下并網(wǎng)運(yùn)行的要求。
　　 (2)針對(duì)在矩陣變換器勵(lì)磁的雙饋電機(jī)并網(wǎng)瞬時(shí)定子沖擊電流較大的問題，提出了定子電壓閉環(huán)控制策略。該策略是將電網(wǎng)電壓的幅值和相位作為給定值，定子電壓幅值作為反饋值，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣變換器虛擬逆變側(cè)的電壓幅值和相位控制，使定子電壓準(zhǔn)確跟隨電網(wǎng)電壓，并簡(jiǎn)化了復(fù)雜的解耦控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，減少了并網(wǎng)瞬時(shí)雙饋電機(jī)定子沖擊電流。
　　 (3)針對(duì)傳統(tǒng)的矩陣變換器勵(lì)磁控制策略響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、超調(diào)量較大的問題，提出了

4、基于矩陣變換器勵(lì)磁的直接功率控制策略。該策略首先由定子有功功率誤差、無功功率誤差、定子電壓和轉(zhuǎn)子所處位置直接計(jì)算得到轉(zhuǎn)子電壓信號(hào)，再通過矩陣變換器間接空間矢量調(diào)制策略控制轉(zhuǎn)子電壓。該策略實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)控制周期內(nèi)消除定子側(cè)有功功率誤差和無功功率誤差，并省去了轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。因此該策略能夠有效提高響應(yīng)速度，減少超調(diào)量。
　　 (4)針對(duì)傳統(tǒng)矩陣變換器勵(lì)磁控制策略在電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和電壓不平衡等非正常工況下運(yùn)行效果不理想的問題，分別提

5、出了非線性最優(yōu)控制策略和電壓不平衡交流勵(lì)磁控制策略。仿真結(jié)果表明，非線性最優(yōu)控制策略在電網(wǎng)電壓擾動(dòng)情況下減少了定子電壓、有功功率和定子磁鏈的調(diào)節(jié)時(shí)間；電壓不平衡交流勵(lì)磁控制策略在電網(wǎng)電壓不平衡情況下，根據(jù)不同控制目標(biāo)，可以分別消除定子負(fù)序電流、減少有功功率脈動(dòng)或無功功率脈動(dòng)。
　　 (5)研發(fā)了矩陣變換器交流勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以DSP控制器為核心構(gòu)成主控系統(tǒng)和以IGBT模塊為開關(guān)器件構(gòu)成主電路，并使用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)