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变速恒频异步风力发电机的运行及控制分析

摘要

在全球能源日益紧张和环境问题日益严重的背景下，风能作为一种可再生清洁能源备受关注。风能资源丰富，不会污染环境，因此各国都在大力发展风力发电技术。变速恒频异步风力发电技术，具有维持电网稳定和提高电能质量等优点，已成为大功率风力发电机组的主流技术。

本文研究了异步风力发电机的基本结构和运行原理，推导分析了双馈发电机的动态模型，并设计了基于定子磁链定向的矢量控制方案。该方案实现了有功功率和无功功率的解耦控制，采用SVPWM控制技术维持直流侧母线电压恒定和单位功率因数运行。

在MATLAB中搭建的异步风力发电系统模型和控制部分模型表明，系统能够追踪风能，实现最大功率输出，并验证了所采取的控制策略的有效性。此外，文章还介绍了低电压穿越的概念和要求，指出仅改进控制策略不足以实现低电压穿越，必须增加硬件保护电路。主动式Crowbar保护电路是一种有效的解决方案，仿真结果证明了其有效性。

总之，异步风力发电技术已成为可再生能源领域的研究热点，其优点和应用前景备受关注。本文的研究为异步风力发电技术的发展提供了有益的参考和借鉴。

关键词：风力发电；异步风力发电机；变速恒频；MATLAB

Abstract

AstheincreasingdepletionofconventionalenergysourcesandenergyenvwindpowergenerationsystemmodelandthecontrolmodelaresetupintheelectricpowersimulationsoftwareMATLAB.Thesimulationresultsshowthatthedoubly-fedwindpowergenerationsystemcantrackthewindandachievemaximumpoweroutput,andactivepowerandreactivepowercanbeadjustedindependentlytoachieveadecouplingcontrol.Theline-sideconverterisbetterabletomaintaintheDCsideofthebusvoltageconstant.Theresultprovesthatthemodeliscorrectandthecontrolstrategyadoptediseffective.

Finally,theconceptofgridoflowvoltageridethroughandtherequestforthelowvoltageridethroughcapabilityofwindturbineisdescribed.Twomajorcategoriesoflowvoltageridethroughtechnologyareintroduced.Byanalyzingandcomparing,onlytoimprovethecontrolstrategycannotgettheexpectedresultinthecaseofpowergridvoltagedropsharply.Thehardwareprotectioncircuitmustbeaddedunderthiscircumstance.Therotorsideadditionalcrowbarprotectioncircuitprogramandcrowbarprotectioncircuitareintroduced.ActiveCrowbarprotectioncircuitryisbuiltinMATLABandthesimulationresultsprovethatCrowbarprotectioncircuitcanenhancethelowvoltageridethroughcapabilityofdoubly-fedmachineduringthesharpfallofthegridvoltage.

Keywords:windpower;doubly-fedmachine;VSCF;MATLAB;lowvoltageridethr