双馈风力发电系统控制技术深度解析

变速恒频交流励磁双馈风力发电系统以其独特的设计和高效性能在可再生能源领域引起了广泛关注。本文主要聚焦于这种发电系统的深入研究，特别关注双馈发电机的特性和其在风力发电中的应用。 首先，双馈发电机与传统异步电机和同步电机的主要区别在于其变频器的配置，位于转子回路，只处理双向流动的转差功率。这使得双馈发电机具有变频器体积小、重量轻、成本效益高的优点，同时通过变频器实现了转子侧和电网之间的灵活转换，提高了系统的适应性和效率。 作者详细构建了双馈发电机的等值电路模型，通过分析探讨了关键物理量如功率和转矩之间的相互作用，揭示了它们在系统运行过程中的动态特性。双馈发电机的运行特性复杂，功率流动关系受到转差频率和磁场定向控制的影响，稳态性能受控制策略调控，而静态稳定性则是系统稳定运行的重要保障。 在功率控制方式下，控制量之间的关系错综复杂且高度耦合，这对控制器的设计提出了挑战。作者提出三种复矢量模型，以便更有效地理解和控制双馈发电机，特别是分析了这些模型在不同工作条件下的适用性。通过在两相同步旋转坐标系下的建模，作者揭示了并网运行和独立运行状态下双馈发电机控制策略的统一性和差异性。 并网运行双馈发电机的研究重点在于控制目标、控制方式和系统功率流动，矢量控制在此发挥了重要作用，能够实现定子端口有功和无功功率的解耦控制，从而提高系统的动态响应和稳定性。此外，文章还深入剖析了风力机捕获最大风能的原理，解释了恒速恒频方式效率低下的原因，并提出最大风能捕获控制策略，允许对有功功率、无功功率和转速进行独立控制。 对于并网过程中的问题，如待并发电机与电网的同步条件和冲击影响，本文进行了详细研究。作者构建了双馈发电机空载并网系统的数学模型，并探讨了间接定子磁场定向控制策略，以及与传统先励磁后并网再切换控制方法的比较。 邹旭东博士的论文对变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的理论分析和控制技术进行了全面而深入的研究，为优化风力发电系统的性能和提高其在实际应用中的效率提供了有价值的理论支持。