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风电机最佳功率因数与最小电容值控制算法的研究

林志明

   随着大功率电力电子器件如IGBT等和控制方法的日趋成熟,双PWM变换器越来越多地应用于兆瓦级的大型变速恒频风力发电系统中。双PWM变换器输入输出特性好,电力谐波低,调速调频范围宽。转子侧变换器担负双馈感应发电机的矢量控制任务,实现最大风能捕获和定子输出无功的独立调节;网侧变换器通过直流环节完成转子及转子侧变换器与电网间的能量交换。为了减小直流母线电压波动,通常的做法是增大直流侧电解电容的容量,但其缺点是:体积大、笨重而且性能很不可靠,成为大容量励磁电源系统延长寿命的致命缺点。针对减小该滤波电解电容,本文提出了基于模糊控制的双PWM变换器协调控制策略,以期最大限度地减小母线电压波动,降低母线电容量。 本文首先在分析双馈感应发电机动态数学模型及其定子磁链定向矢量控制的基础上,构建了其传统的双闭环PI控制方案。利用MATLAB/SIMULINK平台,仿真研究并验证了该控制方案的正确性,对以后实际系统的软硬件设计与调试具有一定的指导意义。 然后,依据网侧PWM变换器的数学模型,按照双闭环系统的工程化设计方法,设计d轴电网电压定向同步旋转坐标系下网侧PWM变换器的电压电流双闭环控制系统,为寻求最小电容值控制算法打下基础,也为以后实验中控制系统的参数选取提供依据。 最后,介绍了三相PWM变换器负载电流前馈控制方案以及预测电流控制方案,并指出两者不能用在风电机这种特定负载下的原因,然后提出本文的基于模糊PI的控制方案,并对传统的双闭环PI控制方案和基于模糊PI的控制方案进行了仿真建模并对比分析,结果表明:基于模糊PI的控制策略具有明显的优越性,即在采用同样大小的滤波电容时,直流母线电压波动更小,电压调节更加迅速;在允许同样的电压波动时,如果采用模糊控制策略,则可以有效减小滤波电容的容量,具有十分重要的应用价值。……   
[关键词]:变速恒频;双PWM;双馈电机;模糊控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:沈阳工业大学2007年