双馈风力发电系统模拟平台研究

作者：石家庄风机　　　　　日期：2015-9-1　　　　　浏览：1129　　　　　

风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注。加之大规模开发利用风电并网发电的要求，研究风力发电系统及其与电网的交互性影响已迫在眉睫。而风力发电系统又是一个复杂的能量转换系统，无论是系统控制策略的验证还是驱动变流器的检验仅仅通过计算机软件仿真模拟还不足以证明软件、硬件设计的可靠性。但是大量的实际风场实验验证显然是不现实的，而且是极其不经济的；此外即使便于进行实际风场实验，由于实际风场环境的不可控性，实验环境很难达到具体实验要求。为了高效地对系统控制策略及软硬件进行验证，通常需要对风力发电系统进行前期的实验室地面模拟实验研究，因而包含石家庄风机模拟平台的风力发电实验室模拟系统应运而生。风力发电系统实验室地面模拟系统中发电机及其控制部分为其实物，故模拟系统的核心为石家庄风机模拟。虽然石家庄风机模拟方案众多，但多为基于石家庄风机平均输出特性的稳态石家庄风机模拟，模拟用原动机不能完全反映实际石家庄风机动特性，故不适合替代实际石家庄风机做风力发电系统实验研究。
针对现有石家庄风机模拟方案的不足，本文综合考虑了石家庄风机的风剪、塔影效应及其石家庄风机的大惯量特性，提出了动态转矩补偿的石家庄风机动态模拟方案，使得石家庄风机模拟器与实际石家庄风机具有更为接近的动态响应，可以替代实际石家庄风机进行风力发电系统实验研究。此外，文章还建立了双馈风力发电模拟系统其它部分的数学模型，得出了整个双馈风力发电模拟系统的仿真平台。基于双馈风力发电模拟仿真平台，文章研究了动态石家庄风机特性对双馈风力发电系统的影响，突出了由于风剪、塔影效应引起的三次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。此外机械传动机构对双馈风力发电系统瞬态性能的影响也得以探讨，最终得出了机械参数的最优选择规律。
文章还研究了基于定子电压定向双馈矢量控制的稳定性，考察了系统电气参数对系统瞬态性能的影响。以上研究为双馈风力发电系统参数设计和系统分析提供了有益的参考。在论文的研究过程中，完成了1 5kW异步电动机．1 1 kW绕线式双馈发电机(M．G)对拖的双馈风力发电系统实验模拟平台的搭建与调试。验证了动态石家庄风机模拟器算法的正确性，考察了双馈发电机在不同工况下的运行特性，最终完成了整个模拟系统的动态响应实验。仿真和实验一致证明了石家庄风机模拟方案与系统控制策略的正确性。