117609字博士毕业论文电励磁风力发电机并网管理技术探讨

论文类型：博士毕业论文

论文字数：117609字

论点：控制,电流,并网

论文概述：

本文是在职博士研究生论文，本文针对静止坐标系下并网逆变器的功率解稱性能进行了分析，推导出了釆用传统PR电流调节器时系统有功功率和无功功率之间的親合关系。

论文正文：

1简介

风力发电机组气动功率调节是风力发电机组的关键技术之一。在最大功率跟踪阶段，发电机可通过调速机构根据风速调节发电机转速，从而保持最佳叶尖速比，始终跟踪最大风能利用系数，实现最大风能利用率和风力发电机效率。当风力涡轮机在额定风速以上运行时，由于风力涡轮机的机械强度、发电机和转换器容量以及其他物理特性的限制，需要控制系统调节风力涡轮机的气动功率以将功率输出保持在额定值附近，从而避免损坏风力涡轮机。目前，调节风力涡轮机功率的方法主要有三种:固定桨距失速调节、可变桨距失速调节和主动失速调节。固定螺距失速调节是最简单的功率控制方法。风力涡轮机的功率调节完全取决于叶片的空气动力学特性。风扇通过在高风速下调节叶片形状或叶尖处的扰流器动作来限制输出扭矩和功率，并且在低风速下难以获得最大风能利用率。可变桨距装置可以在高风速下通过调节桨距角来限制功率。并且可以控制机组启停时的转速，从而提高风力发电机的性能和功率输出特性。主动失速调节是前两种功率调节模式的组合。在低风速下，这与可变奖励距离的调整是一致的。当功率高于额定功率时，功率角相应增大，叶片失速效应加深，限制了风能的捕获。与主动变桨控制相比，它需要较小的变桨致动器调节幅度和速度。
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2并网逆变器电流控制性能的分析与改进

2.1并网逆变器数学模型
文献指出，采用复矢量分析法可以将多输入多输出系统简化为单输入单输出系统。因此，利用单输入单输出控制系统的经典分析设计方法，如频率响应特性、根轨迹等，可以分析系统的下列性能、抗干扰性能和解耦性能。本章将在静态坐标系和同步旋转坐标系中对并网逆变器进行建模，并给出其复矢量模型。在此基础上，分析了并网逆变器的电流控制性能，重点研究了静态坐标系下的功率解耦控制，给出了解耦控制方法。

2.2并网逆变器的电流控制策略
目前，并网逆变器最常用的控制策略是基于电网电压方向的矢量控制策略。电压方向控制一般采用电压外环和电流内环结构，电流方向基于电网电压空之间的矢量方向。电压外环控制环节是能量控制环节，DC电压环控制器主要采用PI控制，保持中间DC电压跟随指令值，实现输入能量和输出能量的平衡。矢量控制系统能否实现高性能稳态运行和快速动态响应，很大程度上取决于电流内环的设计。基于解耦的PI调节器的实现。然而，静态坐标系下的并网逆变器控制系统具有无需公园坐标变换、控制系统简单的优点。近年来，随着无差控制交流变量的公关联合装置的引入，基于静态坐标系公关调节器的电流环设计方法逐渐在许多领域得到广泛应用。本节将详细介绍两种坐标系下的不同控制方法，并对系统的控制性能进行比较和分析。

3不平衡电网下并网逆变器的控制策略.......43
3.1三相不平衡系统的对称分量分析……43
3.2基于降阶谐振调节器的锁频环技术……45
4电励磁同步发电机气隙磁通定向控制.......71[/br/ ]4.1电子励磁同步发电机的数学模型……71
4.2电励磁同步发电机气隙磁通定向控制原理.........77
5电励磁同步发电机弱磁控制原理……91
5.1电励磁同步发电机弱磁控制原理.......91
5.2电励磁同步电机的传统弱磁控制策略……95

5电励磁同步发电机的弱磁控制

5.1电励磁同步发电机的弱磁控制原理
当风电场发生阵风时，由于风力发电系统中桨距控制机构的响应速度较慢，EESG可能会在短时间内超速。如果保持原来的控制策略，可能会导致系统故障保护，此时必须采用适当的控制策略来控制发电机。当基于气隙磁链定向控制的EESG在额定速度以上运行时，如果气隙磁链保持不变，电机的感应电动势将随着速度的增加而增加，定子端电压也将增加。然而，定子端电压受到转换器最大电压的限制。通过减弱磁场，可以在定子端电压保持不变的同时提高速度。这种方法被称为弱磁控制。这样，当俯仰控制系统不能及时响应而不使转换器过载时，风能可以以机械惯性存储。

5.2电励磁同步电机的传统弱磁控制策略
从图5-5可以看出，当采用基于动态定子磁通电流补偿的定子和转子一体化弱磁控制时，定子电压幅值随着转速的增加、气隙磁链和转子电流的减小而基本保持不变。定子转矩电流也保持不变，但在动态过程中定子励磁电流小于零，这是一种弱磁电流特性，与转子电流一起作用，削弱气隙磁链。当转速达到稳定值时，定子励磁电流逐渐归零，从而定子侧保持较高的功率因数。由于定子弱磁电流在动态过程中小于转矩电流，因此其对定子电流的响应不大。从定子电流波形可以看出，电流幅度基本保持不变。图5-6(a)显示了电机速度、气隙磁链指令、反馈值和转子励磁电流的波形。可以看出，当转速低于转速时，气隙磁链和转子励磁电流不随转速的变化而变化，从而实现恒定的气隙磁链控制。当转速高于转速时，气隙磁链和转子励磁电流随着转速的增加而减小，从而实现高速弱磁控制。然而，在加速过程中，气隙磁链的反馈值滞后于指令值。
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6结论与展望

电励磁直驱风力发电系统成为当前风力发电领域的另一个重要发展方向。本文主要研究电励磁直驱风力发电机并网控制技术，提出相关控制方法，搭建仿真和实验平台，并通过仿真和实验验证相关研究成果。主要研究成果和结论如下:
1。分析了静态坐标系下并网逆变器的功率缩放性能，推导了采用传统公共关系电流调节器时系统有功功率与无功功率的亲和关系。提出了利用改进型电流调节器进行功率解耦控制的方法，给出了改进型电流调节器的参数选择原则和数字实现方法。采用改进的功率因数校正调节器可以降低系统对频率变化的灵敏度，同时并网逆变器可以在同步旋转坐标系下实现降速功率因数校正调节器的动态性能。仿真和实验验证了理论分析的正确性和改进调节器的有效性。使用改进的PR节能器可以解耦系统的功率，提高系统的动态响应性能。
2。提出了一种基于降阶谐振调节器的并网逆变器锁频环技术，适用于频率检测、正负序分离、谐波检测等。非理想电网条件下的并网逆变器。ROR节点能够在谐振频率下为信号提供无限增益，具有频率和极性选择性，能够直接准确地分离不同频率的正负序分量信号，动态响应快，实现简单。
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参考文献(省略)