PDF《兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统设计》

兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统设计 陈明亮1 ,袁雷1 ,肖飞1 ,李泉峰2 ( 1.

海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室,湖北省武汉市

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3 3;

2. 浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市

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2 7 ) 摘要:构建完备的永磁直驱风力发电模拟实验系统, 并以此进行变流器与控制算法的实验研究, 是 开展风力发电变流器系统关键技术研究的必要与有效手段.为有效缩短实验系统开发周期, 搭建 了基于 R T - L a b实时仿真系统的兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统, 其主要包括脉宽调制整 流器控制和六相永磁同步电机矢量控制两大部分.特别地, 为实现六相永磁同步电机的完全解耦, 提出了一种基于矢量空间解耦变换的同步旋转坐标变换矩阵, 将基波电流分量与谐波电流分量实 现解耦, 同时转化为不同子空间的直流量.实验结果证明了该模拟实验系统的可行性和有效性. 关键词:六相永磁同步电机;

脉宽调制整流器控制;

转子磁场定向矢量控制;

矢量空间解耦变换 收稿日期:

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修回日期:

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2 4. 国家重点基础研究发展计划(973计划)资 助项目(2012CB215103);

教育 部新世纪优秀人才支持计划资助项目( N C E T -

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7 1 ) .

0 引言 面对日益严峻的能源危机和环境污染问题, 世 界各国都将开发和利用可再生能源作为其可持续发 展战略的重要组成部分.风力发电是人类利用可再 生能源的重要途径之一, 对于保障中国能源安全有 重大意义, 在国家新能源利用规划中, 风力发电同样 占据重要的战略地位[

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3 ] .目前, 风力发电正向大容 量、 变转速、 直驱化及微风发电等方向发展.在风力 发电技术中, 变速恒频技术已成为当前主流技术, 其 中的直驱型风力发电技术由于机械部分简单、 便于 维护、 易于实现低压穿越等特点, 在大容量及特大容 量风力发电系统中具有明显的技术优势[

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5 ] . 构建完备的直驱式永磁风力发电模拟实验系 统, 并在此系统上进行变流器与控制算法的实验研 究, 是开展风力发电变流器系统关键技术研究的必 要与有效手段.如果能方便地以实际风力发电机组 ( 桨叶+塔筒+发电机系统) 作为实验研究对象, 当 然是最令研究者期待的一种方式, 但其不仅研究成 本昂贵, 而且环境要求等也难以满足.对于以验证 变流发电技术为主要目的全功率模拟实 验系统而 言, 使用两套一样的电机与变流器构成背靠背模拟 实验系统( 其中一套变流器驱动一台电机, 模拟风力 机叶轮输入) , 是一种更为便捷与稳妥的折中方案. 不言而喻, 最核心的技术就是模拟叶轮输入的驱动 端控制技术. 国际上一些知名公司如ABB, S I EME N S等均建有完备的全功率风力发电机实验 研究平台, 为其领先的产品与技术开发提供了坚实 基础. 建立功能完备的永磁直驱式风电机组变流器系 统及组件的实验与测试研究平台, 关键问题是永磁 同步电机( PM S M) 的驱动控制研究.本文所提及的 驱动控制系统的研究对象为六相 PM S M, 其定子由 两套 Y 形连接的三相对称绕组组成, 两套绕组在空 间上相距3

0 ° 电角度.目前有关大功率六相 PM S M 矢量控制方面的文献还鲜有提及.为有效缩短实验 系统开发周期, 本文基于 R T - L a b实时仿真系统, 研 究了一种兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统, 为后续大功率风电变流器的开发提供实验保障.