摘要：风能是目前可再生新能源中发展最快、最具规模化开发条件和商业化应用前景的绿色能源。为了缓解能源紧缺与...风能是目前可再生新能源中发展最快、最具规模化开发条件和商业化应用前景的绿色能源。为了缓解能源紧缺与环境污染问题,大力开发和利用风能已经受到了世界各国的广泛关注。与恒速风电系统相比,变速风电系统因具有更高的风能利用率,已成为市场上的主流风电系统。可变频率变压器(Variable Frequency Transformer,VFT)作为一种新型的变频装置,为构建新型变速风电系统提供了新的思路。采用VFT取代背靠背式PWM变流器实现变速恒频发电,具有系统成本低、电流谐波小、可靠性高等优点。在现有基于VFT的变速风电系统的基础上,为进一步降低变流器成本、提高变流器可靠性,本文提出一种面向变速风电系统的VFT单象限驱动方案,同时针对VFT中的直流电机采用弱磁控制方法扩大风力机的转速调节范围。首先,根据变速风电系统最大风能捕获机理,论述基于VFT的变速风电系统最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)原理。在VFT等效电路模型的基础上,分析了VFT功率传输的原理,为VFT单象限驱动方案的论证奠定理论基础。然后,详细推导了VFT传输功率与直流电机驱动转矩之间的关系,结合变速风电系统功率传输的特点,论证了VFT单象限驱动的可行性,设计了基于VFT的变速风电系统的单象限变流器拓扑结构及其控制方法。在Simulink中搭建出系统模型,仿真实验验证了这一方案的可行性。单象限变流驱动器的使用,可以降低驱动电路的成本和损耗,提高驱动电路的可靠性,其控制也更为简单。针对低风速时VFT所需的电磁转矩较低但转速较高的特点,提出了低风速时的弱磁控制方法,扩大了VFT的转速调节范围,使风电系统能够在更大的风速范围内实现MPPT。仿真实验结果证明了VFT弱磁控制的可行性。本文的研究工作,对面向新型变速风电系统VFT的驱动电路设计具有一定的参考价值,也为相关领域中VFT的研究提供了一个新的角度。更多还原显示全部
