风力发电技术课件幻灯片.ppt

基于双PWM的永磁直驱风力发电系统 采用PWM整流器可以对功率因数进行控制，从而降低了发电机的铜耗和铁耗，并且PWM整流器可提供几乎为正弦的电流，因而减少了发电机侧的谐波电流。直流环节并有一大电容，可维持电压恒定。电网侧串联电感可用于滤波。通过控制系统的控制，将永磁电机发出的变频变幅值电压通过网侧逆变器转化为可用的恒频电压，并达到俘获最大风能的目的。 基于双PWM的永磁直驱风力发电系统 永磁直驱变速恒频风力发电系统控制 控制方法 对于发电机侧的整流器，在同步旋转(d,q)坐标系中采取电流矢量解耦控制，从而可以独立控制有功无功电流，实现无静差控制。控制结构如前图所示,采用速度外环，电流内环双环控制方式。其中外环速度参考值由最大功率点跟踪算法得出,它根据发电机实际转速和输出有功功率的变化得出一个最优的参考速度，发电机在该转速下运行便能获得最大的能量。 参考速度w*与实际电机速度w相比较，通过比例积分 控制器得到有功电流参考iq*。令无功电流参考id=0，由于发电机转矩T=kiq，即发电机电磁转矩与有功电流iq成正比，可以通过调节iq跟从iq*来控制发电机转矩，从而改变发电机转速w，保证发电机转速为给定的最优转速的w* 。 通过逆变器控制，保持了直流电压的恒定，使其能稳定的向电网输送电能，并且通过电流内环解耦控制，逆变器输出电流与电网电压的频率始终为一致，在电网正常运行时，当无功需求为0时能保持功率因素为一，并且在特殊情况时能向电网提供无功功率。 其中给定直流电压Ud*与实际检测到的直流连接环电压Ud相比较，所得误差信号经比例积分控制器调节产生有功参考电流iq*，而无功功率外环产生无功电流id*。电压环外环控制直流电压稳定，可以使逆变器稳定地向电网传输功率，而无功功率环控制逆变器输出无功功率，从而满足电网对于无功功率的要求。电流内环依然采用基于旋转坐标轴的解耦控制，采用比例积分调节器作为电流环的控制器。 通过电流内环的调节作用可得到控制整流器所需的电压信号，采用SPWM调制法对其进行调制，即信号波与三角载波进行比较得开关信号Su,Sv,Sw对IGBT开关进行关断和开通，即可实现控制目的。也可以采用空间矢量PWM调制法(SVPWM)对其进行调制。无论是在减小电动机电流谐波损耗，消除转矩波动，提高控制系统性能，还是从逆变器直流侧电压利用率方面看，采用空间矢量方法调制都具有明显的优势。 采用Matlab7.0中Simulink根据PWM整流器的数学模型以及控制模型对系统进行建模仿真。取仿真参数为电机侧交流电压为500v，频率为10赫兹，给定直流电压U*为1300v，电网侧交流电压为220V，频率为50赫兹。 在PWM控制下实际的直流电压Udc迅速跟从给定的Udc*=1300V，保持了直流连接电压为恒定值。 仿真结果 发电机输出的电压Ueu和电流ieu，其频率为10赫兹，从图中可以看出，通过0.06秒时间的调节，电流迅速稳定下来，与发电机输出电压相位保持一致，即发电机侧的功率因数为1。 电网侧输出电压Usa和输出电流isa，由图可以看出，经过逆变器的控制，输出电流由原来的10赫兹变为50赫兹，与电网频率完全同步，并且同电网电压相位也保持一致，功率因数控制为一。 在0~0.1秒时，电网侧给定交流电流的幅值大小为给定is*=20A，在0.1秒以后，突然变化为25A。从图可以看出当给定is*发生变化时，通过直接电流PWM控制，电网电流的幅值能即时从20A变化到25A，跟从给定电流的变化，具有非常好的调节效果。 影响 随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网的影响也越来越受到人们的广泛关注。风力发电原动力是不可控的，它的出力大小决定于风速的状况。从电网的角度看，并网运行的风电机组相当于一个具有随机性的扰动源，会对电网电能质量和稳定性等方面造成影响。 (1) 电压波动和闪变 (2) 谐波污染问题 (3) 对电网稳定性的影响 三、风电并网对电网的影响 改善风力发电并网性能的一些措施 静止无功补偿器(SVC) 利用静止无功补偿器(SVC) 减小风力发电功率波动对电网电压影响。风电场是一个发出有功功率、吸收无功功率的特殊元件, 风电场的电压往往很低,利用SVC改善系统电能质量和提高系统的稳定性是一个有效的措施。目前TRC- FC型SVC在国内外风电场已得到了广泛的应用。 有源电力滤波器(APF) 近年来,采用电力晶体管(GTR) 和可关断晶闸管(GTO) 及脉宽调制(PWM) 技术等构成的有源滤波器, 可对负荷电流作实时补偿，有效地抑制了电压波动和闪变。 超导储能装置(SMES) 通过采用基于GTO的双桥结构换流装置, SMES可以在四象限灵活地调节有功和无功功率,