直驱永磁同步风力发电系统双PWM控制策略研究

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长久以来,能源问题始终是人类赖以生存和发展的重要物质之一。风能作为一种洁净的可再生能源,有着广阔的发展前景,风能的合理利用和开发已经成为保障人类社会能源安全的重要手段之一。直驱永磁同步风力发电系统虽然容量较大成本较高但无需齿轮箱,结构简单维护量小,提高了系统的运行可靠性。从长远来看直驱永磁同步风力发电系统必将成为未来风电发展的主流。本文对直驱永磁同步风力发电系统双PWM控制策略进行了较为全面的仿真研究,包括最大风能跟踪控制、有无功功率解耦控制、网侧PWM变流器并网控制、传统PI控制器改进控制等方面的研究。  首先,文章介绍了国内外风力发电现状以及直驱永磁同步风力发电系统控制策略的发展与研究。然后对风力机进行了建模,研究了基于最佳叶尖速比法的最大风能跟踪控制策略。并对变流器采用SVPWM调制技术的仿真实现进行了说明。  其次,建立了直驱永磁同步风力发电机的数学模型,并在此基础上研究了基于转子磁场定向的矢量控制,对发电机采用id=o的控制策略实现了有无功功率的解耦控制及最大风能跟踪控制。针对传统矢量控制中PI控制器存在参数不易整定,对外界扰动及参数摄动鲁棒性差的问题,引入了滑模变结构控制。在滑模控制中引入新型的去除抖振的方法可以提高系统的动态品质,并且参数易整定鲁棒性更强。  再次,建立了网侧变流器数学模型。网侧变流器采用了基于电网电压定向的双闭环矢量控制策略。实现了网侧变流器工作于单位功率因数逆变状态和稳定直流母线电压的控制目标。针对风速扰动及电网对称故障时传统PI控制器控制下直流母线电压波动大的问题,提出了电压外环采用模糊PI控制器及二自由度P工D控制器的网侧改进控制策略。  最后利用:MATIAB/Simulink软件,建立了风力机、永磁同步发电机、网侧变流器的仿真模型,对永磁直驱同步风力发电双PWM控制全过程进行仿真研究,并将上述提出的改进控制策略应用于已有的控制中,利用仿真对改进控制策略进行验证。仿真结果表明改进控制策略较传统控制策略更具有优越性能够满足高性能控制要求。  
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