广泛地推广和发展风力发电是解决能源危机的有效途径。变速风力发电机组因其可实现最大风能捕获,已成为并网风电机组的主要形式。本论文以交流励磁变速风力发电机组为研究对象,对机组中包括风力机、交流励磁发电机、变频器及风电机组控制策略等组成部分展开研究与讨论。 分析了交流励磁风电机组变速运行的原理及功率平衡方程,从数学关系上论证了交流励磁电机之所以表现出宽调速范围及功率解耦控制等新特性,均由交流电机转子侧励磁电源决定的。利用坐标变换理论推导了交流励磁电机在三相及两相坐标系下的数学模型,并构建了仿真模型。 以风力机能量转换原理为基础,建立了风力机运行特性的数学模型,以该模型为研究对象详细分析了直流电动机模拟风力机的控制策略及仿真方法,并在Matlab环境下组建了风力机特性模拟系统,利用该系统给出了在不同风速下的仿真输出特性曲线,仿真结果表明采用PI调节的电流闭环算法的风力机特性模拟方案,具有较高的精确度及较快的动态响应,可以方便地应用于实验室环境下风力发电技术的研究。 对交流励磁电机转子端励磁侧采用交-直-交结构的变频器进行了结构、特性分析与数学模型的建立。介绍了SPWM与SVPWM两种脉宽调制技术的原理与设计方法,并在Matlab环境下对两种脉宽调制技术进行了仿真试验,并得到了理想的输出结果。该脉宽调制发生器模型将用于对励磁端变频器的输出控制。 并网交流励磁变速恒频风力发电系统存在不同的运行区域,各运行区域对应的控制方式也有所不同。本文讨论了并网交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域,并给出了变速风电机组在不同区域运行的控制策略。在交流励磁电机数学模型的基础上,将矢量控制技术应用于变速风电机组控制研究中,设计了基于定子磁链定向矢量控制的交流励磁变速风电机组最大风能跟踪的控制策略,并对控制模型进行了构建与仿真,仿真结果达到了预想的效果,即实现了最大风能追踪及功率的解耦控制目标。