永磁風力發(fā)電系統新型拓撲及控制策略研究.pdf

1、風力發(fā)電是目前最經濟的新能源獲取方式,在全世界范圍內得到了廣泛的研究和應用。基于永磁同步發(fā)電機(PMSG)的風電系統因其良好的運行性能、高可靠性、低維護成本、強電網適應性,在風電領域、特別在海上風力發(fā)電中具有非常好的應用前景和潛力。大容量(5～10MW)風電機組是現代風電系統的發(fā)展趨勢,而高性能的全功率變流器是構建大容量PMSG風電系統的一個關鍵。此外,隨著海上風力發(fā)電的發(fā)展及風電并網標準的提高,對風電系統運行的穩(wěn)健性和容錯性提出了更高

2、的要求。因此,全功率變流器的構建、高性能控制策略以及故障運行控制是發(fā)展大功率PMSG風電系統的關鍵技術。本文以此為背景,從理論分析、仿真建模、實驗驗證三個方面深入研究了兩種新型拓撲結構的PMSG風電系統及其控制算法。
　　 首先,本文將開繞組結構電機應用到了風力發(fā)電領域,構建了一種基于開繞組永磁同步電機(OW-PMSG)的風電系統。在研究定子繞組星接的永磁同步電機(SW-PMSG)風電系統控制算法的基礎上,建立了OW-PMSG在

3、同步旋轉坐標系上的數學模型,分析了OW-PMSG級聯變流器的電壓空間矢量,并為OW-PMSG設計了兩種基于不同電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)的無速度／位置傳感器矢量控制策略。在此基礎上,通過2Mw模型Matlab仿真和5.5Kw樣機實驗,深入研究了OW-PMSG風電系統的運行性能并與SW-PMSG風電系統進行了對比,驗證了OW-PMSG兩種控制算法的正確性和有效性。
　　 其次,深入研究了OW-PMSG風電系統電機側交流器發(fā)

4、生單相故障時的容錯運行策略。通過數學分析,得到了OW-PMSG級聯變流器故障重構后的電壓空間矢量,提出了兩種基于不同SVPWM方式的無位置／速度傳感器矢量控制算法。在此基礎上,通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機實驗,深入研究了OW-PMSG級聯變流器單相故障容錯運行特性,驗證了所提容錯運行控制算法的正確性及有效性。
　　 此外,構建了一種由‘半控變流器’(HCC)饋電的雙三相永磁同步電機(DW-PMSG)風電系統。建

5、立了DW-PMSG的數學模型,為其設計了基于電流協調控制和轉子位置／速度估算的矢量控制策略。通過2MW模型Matlab仿真及5.5KW樣機實驗,研究了HCC饋電DW-PMSG風電系統的運行特性,驗證了所提控制策略的正確性和有效性,并與全控變流器(FCC)饋電的DW-PMSG風電系統矢量控制運行性能進行了對比研究。另外,還將HCC饋電系統及其控制算法用作FCC饋電DW-PMSG風電系統的變流器容錯策略,并通過仿真和實驗驗證了容錯策略的可行