双馈风力发电机交流励磁电源深度解析与关键技术

本文主要探讨了变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源的关键技术研究。针对风力发电系统容量增大后对提高运行效率的需求，变速恒频双馈风力发电系统因其能有效追踪最大风能而备受关注。交流励磁电源作为该系统的核心组成部分，其设计与控制显得尤为重要。 作者首先对当前适用于交流励磁电源的六种变换器进行了深入对比分析，包括单相全桥、两电平电压型双PWM、三相半桥、三相全桥、多电平以及结合软开关技术的方案。通过分析，作者认为在现有的电力电子技术背景下，两电平电压型双PWM变换器因其高效率、易于控制且成本较低，是最具优势的选择。然而，未来的发展趋势将倾向于多电平技术与软开关技术的结合，以提升电源的性能和可靠性。 在双PWM变换器的研究上，文章着重讨论了网侧PWM变换器的改进。传统控制方式下，网侧PWM变换器的d轴电流控制受负载扰动影响较大。作者提出了一种f≠0动态变结构控制方案，通过改进设计提高了网侧PWM变换器在负载变化下的动态响应能力，显著增强了抗扰动性能。 此外，文章还关注了无电网电压传感器技术的应用，提出了基于虚拟电网磁链定向的矢量控制方法，避免了对电网电压的实时采样，简化了系统设计并保持了良好的控制性能。这一创新有助于减少硬件成本，同时保证了控制系统的稳定性和精度。 在转子侧PWM变换器的研究中，作者对DFIG的矢量形式进行了简化，设计了定子磁链定向和定子电压定向两种控制器，旨在实现最大风能追踪、有功和无功功率解耦。这种控制策略能够优化风力发电系统的能量转换效率，并实现更精确的风能利用。 作者还通过实际操作，设计并制造了一台15kW的双PWM变换器交流励磁的变速恒频DFIG风力发电实验样机，进行了系统运行的实验研究，验证了所提出的理论和设计方案的有效性，为实际应用提供了有价值的数据和经验。 最后，研究进一步扩展到电网集成层面，考虑了变速恒频双馈风力发电系统如何与电网更好地协同工作，以确保其在大规模并网时的稳定性和电网兼容性。这方面的研究对于风力发电的商业化和广泛应用具有重要意义。 本文深入探讨了变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源的关键技术，涵盖了变换器选择、控制策略优化、实验验证等多个方面，为提升风力发电系统的整体效能提供了重要的理论支持和技术指导。