【摘要】：從全球范圍來看,風電電價下調(diào)并實現(xiàn)平價上網(wǎng)是能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢,所以需要不斷探索創(chuàng)新技術以降低風力發(fā)電系統(tǒng)的制造與運維成本,提高其在電力市場的競爭力。有刷雙饋是風力發(fā)電中最有效的運行方案之一,但是電刷與滑環(huán)的存在嚴重影響了系統(tǒng)的可靠性。新型無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)可在保留傳統(tǒng)有刷雙饋系統(tǒng)優(yōu)點的同時,實現(xiàn)無刷化運行,是應對風電市場成本壓力與可靠性需求的一種有效解決方案,并逐漸成為近年來的研究熱點。然而,無刷雙饋電機的結構與工作原理較為復雜,相應的控制方法并不成熟,這也是制約其發(fā)展的關鍵問題之一�，F(xiàn)有無刷雙饋電機的控制器基本都是將其近似為有刷雙饋電機控制機理來進行設計,兩者之間沒有明顯的區(qū)分。無刷雙饋電機的無刷化和雙端口饋電是通過設計特殊的定轉(zhuǎn)子來實現(xiàn)的,其結構和電磁特性相較于有刷雙饋電機更為復雜,若是將其近似為有刷雙饋電機來進行控制,可能存在潛在的問題與風險。本課題旨在通過對無刷雙饋電機的輸出電壓模型、電流環(huán)模型、功率模型及虛擬功率模型進行推導與分析,提出適用于無刷雙饋電機的控制方法。論文主要研究成果包括以下幾個方面:1.闡述了課題的研究背景,系統(tǒng)地綜述了風力發(fā)電系統(tǒng)的研究歷史、最新進展和未來發(fā)展趨勢,重點介紹了無刷雙饋電機及相應控制策略的發(fā)展歷程,并探討了無刷雙饋電機的潛在應用前景。2.介紹了雙定子無刷雙饋電機的結構及工作原理,并推導了電機在任意速坐標系下的動態(tài)模型。首次建立了雙定子無刷雙饋電機考慮飽和效應的動態(tài)模型,并提出了動態(tài)模型的數(shù)值仿真實現(xiàn)方法�；诘刃щ娐贩▽嶒灉y量了雙定子無刷雙饋電機主要的電氣參數(shù),分析了雙定子無刷雙饋電機的不同運行方式,并結合理論分析、仿真研究和實驗結果分析了雙定子無刷雙饋電機的交叉耦合特性和勵磁特性。3.針對雙定子無刷雙饋電機的獨立運行發(fā)電系統(tǒng),詳細說明了其系統(tǒng)結構和運行原理。推導了雙定子無刷雙饋電機的電壓輸出模型,并揭示了電機在獨立運行時的控制機理,在此基礎上提出了基于勵磁電流控制的獨立運行控制器,不僅簡化了電壓外環(huán)的設計,還可提高獨立運行發(fā)電系統(tǒng)的硬度,降低負載突變對輸出電壓的影響。此外,通過仿真和實驗驗證了雙定子無刷雙饋電機的性能及獨立運行控制器的有效性。4.推導并分析了無刷雙饋電機的電流環(huán)模型,指出傳統(tǒng)簡化模型不能精確反映實際電流環(huán)的特性�；陔娏鳝h(huán)的完整模型提出了一種改進的電流前饋控制方法,該方法能等效切斷復雜的反饋回路,使得相應控制器的設計被等效簡化。此外,對比分析了傳統(tǒng)電流控制器和改進電流前饋控制器的穩(wěn)定性和動態(tài)性能,表明改進電流前饋控制器具有更好的穩(wěn)定性和更快的動態(tài)響應,并通過實驗驗證了改進電流前饋控制器的優(yōu)越性。5.首次推導了無刷雙饋電機在任意速坐標系下的的功率預測模型,在此基礎上提出了適用于無刷雙饋電機的功率模型預測控制器。該控制器無需調(diào)節(jié)參數(shù)且不限制于某一特定坐標系,具有高度的靈活性和通用性。此外,控制器沒有對電氣模型做任何簡化或者線性化,無刷雙饋電機轉(zhuǎn)子閉合回路的影響也被涵蓋在功率預測模型里,有利于功率的精確控制和解耦控制。通過仿真和實驗驗證了功率模型預測控制器的有效性。6.首次推導了無刷雙饋電機的虛擬功率模型,并詳細分析了虛擬功率的控制特性,在此基礎上提出了一種適用于無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的同步并網(wǎng)控制器。該控制器可保證并網(wǎng)前后控制結構的一致性,只需改變一個磁鏈反饋支路即可實現(xiàn)兩種控制模式之間的切換,可以實現(xiàn)快速平滑并網(wǎng)及有功功率和無功功率的解耦控制。通過仿真和實驗對虛擬功率模型預測控制器的有效性進行了驗證。7.基于dSPACE DS1103建立了無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的實驗測試平臺,為無刷雙饋風力發(fā)電控制系統(tǒng)的實驗驗證提供了軟硬件基礎。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM614
【圖文】：

比已達有史以來的最高水平（14.6%），世界能源消費仍是以化石燃料為主導，且能源消費期內(nèi)很難改變[3]。在 2016 年，中國清潔能源份額為 13.0%，雖低于 14.6%的世界平均水近年來中國清潔能源發(fā)展得很快。從 2012年至 2016 年，中國清潔能源增額為 3.7%，遠高均增額 1.5%，中國能源正在快步走向清潔能源。值得一提的是，2016 年，中國可再生能量居世界第一（約為 1300 TWh），比美國高出 1.3 倍多，另外，風力發(fā)電、光伏發(fā)電、地太陽能熱水器等都位居世界第一[4]�？v觀全球能源的發(fā)展，其能源結構正在經(jīng)歷向清潔低轉(zhuǎn)變。在漸進轉(zhuǎn)型的情景下，可再生能源將是增長最快的能源，預計 2040 年將占超過源供給增量，在所有能源來源中占比最高[5]。016年的全球可再生能源增長中，超過一半源于風能的增長[2]。在全球范圍內(nèi)，風能廣泛存豐富，全球風能總量約為 2.74×109MW，其中可利用的風能約為 2.74×107MW，比地球上用的水能總量還要大 10倍[6]。同時風能還兼具易開采、清潔無污染、產(chǎn)業(yè)基礎好、經(jīng)濟競的特性，所以有效利用風能是很多國家首選的可再生能源發(fā)展方向。作為利用風能的最有風力發(fā)電近年來得到了迅速發(fā)展。圖 1 1 顯示了自 2001 年至 2017 年的全球風電總裝機容以每年超過 10%的速度穩(wěn)步增長，截止 2017 年，全球總裝機容量已經(jīng)達到 539.123 GW。020 年，全球總裝機容量將達到約 840 GW[7]。圖 1 2 所示為自 2001 年至 2017 年的全球風裝機容量[7]，雖然總裝機容量穩(wěn)步增長，年新增裝機容量自 2015 年達到最高峰 63.633 GW一直呈逐年遞減的發(fā)展趨勢。2016 年的新增裝機容量為 54.642 GW，比 2015 年同比下滑2017 年的新增裝機容量為 52.492 GW，比 2016 年同比下滑 3.8%。.000539.123

第 3章 雙定子無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)及其控制研究定子無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的實驗研究FIM 樣機的主要部件如圖 3 10 所示，詳細的設計參數(shù)見附錄 B.1，主要的電DFIM 系統(tǒng)實驗平臺如圖 3 11 所示，主要有原動機、雙定子無刷雙饋電機CE DS1103 控制器、三相交流電源、雙向直流電源、濾波器、光電編碼器、成。DS-BDFIM 的功率繞組與負載相連，控制繞組通過功率變換器與雙向組電流和電壓、控制繞組電流和直流母線電壓直接通過電壓傳感器（LV25 25 p）測量得到�？刂评@組電壓由測量的直流母線電壓和變換器的開關狀態(tài)壓由雙向直流電源維持在約為 400 V。為了兼顧穩(wěn)態(tài)性能和處理器的運S1103 控制器的采樣周期設置為 100 μs。

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

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1 駱仁松;無刷雙饋風力發(fā)電實驗系統(tǒng)研究[D];東南大學;2017年

本文編號：2713048