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双馈风力发电机并网运行控制研究

作　者: 杨阳
导　师: 侯勇
学　校: 天津科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 风力发电 变速恒频 双馈发电机 矢量控制 SVPWM变换器
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要


随着现代工业的飞速发展,人类对能源的需求明显增加,而地球上可供利用的常规能源日趋匮乏。如何实现能源的持续发展,保证经济和社会的可持续发展,已经成为各国政府必须解决的大问题,即能源战略问题。目前世界各国电能产生主要依靠火力发电。但是,由于火力发电以碳氢化合物为主要成分的煤、石油等为燃料,污染严重,相比之下风能具有无污染、安全可再生、储量大、具有统计规律等特点,因此,为实现能源的持续发展,世界各国都在积极的发展风力发电。本文首先分析了当今世界和我国的风力发电的发展现状,研究了由双馈异步发电机构成的风力发电系统,及如何利用变速恒频控制提高风能利用率,如何以其独立有功功率和无功功率调节能力来改善电力系统稳定性。对变速恒频双馈风电发电系统的运行原理特性、数学模型、控制策略进行分析。主要研究在额定风速以下风电机组的控制,根据风速变化,在运行中保持最大叶尖速比以获得最大风能,并保持输出到电网的电能恒频恒压和单位功率因数运行,以及基于定子磁链定向矢量控制策略,构建双馈异步发电机的矢量控制系统,设计其中的电流环和转速环的PI调节器,实现转子励磁电压电流和功率的解耦关系。分析了SVPWM的原理算法和数学模型,设计了基于电压定向矢量控制的网侧和转子侧变换器的控制策略,实现网侧和转子侧变换器交流侧功率因数调节和直流母线的电压控制。基于MATLAB/SIMULINK平台,建立了双馈异步发电系统的仿真模型,包括风力机、双馈发电机(包括网侧和转子侧变换器)、控制器(包括网侧和转子侧变换器控制器)。结合理论研究对仿真结果的分析验证了方法有效性以及双馈发电机控制系统的良好控制性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题研究背景与意义  8
  1.2 风力发电的现状与趋势  8-10
    1.2.1 世界风力发电的发展现状与趋势  8-9
    1.2.2 我国风力发电的发展现状与趋势  9-10
  1.3 风力发电技术  10-13
  1.4 变速恒频双馈风力发电机控制技术  13-15
    1.4.1 双馈发电机的调速技术  13-14
    1.4.2 励磁主电路的拓扑结构  14-15
    1.4.3 最大风能跟踪技术研究现状  15
  1.5 本文主要研究内容  15-17
2 变速恒频双馈风力发电系统的基本原理  17-26
  2.1 风力机的基本特性  17-19
  2.2 传动系统的基本特性  19-20
  2.3 变速恒频双馈风力发电机的基本结构与工作原理  20-23
    2.3.1 双馈风力发电机的特点  20
    2.3.2 双馈风力发电机的基本原理  20-22
    2.3.3 双馈风力发电机功率传输关系  22-23
    2.3.4 变速风力发电机组的运行区域  23
  2.4 理想情况下的控制策略  23-25
  2.5 本章小结  25-26
3 变速恒频双馈风力发电机的数学模型  26-36
  3.1 交流励磁双馈风力发电机的稳态等效电路  26-28
  3.2 双馈异步发电机的数学模型  28-35
    3.2.1 三相静止坐标系下的双馈异步发电机数学模型  28-31
    3.2.2 坐标变换与变换矩阵  31-34
    3.2.3 两相同步旋转坐标系下的双馈异步发电机数学模型  34-35
  3.3 本章小结  35-36
4 双馈风力发电机励磁系统矢量控制  36-43
  4.1 交流励磁发电机系统定子磁场定向矢量控制  36-39
  4.2 转子侧变换器PI调节器设计  39-41
    4.2.1 电流环PI调节器的设计  39-40
    4.2.2 转速环PI调节器的设计  40-41
  4.3 基于定子磁链定向矢量控制基本结构  41-42
  4.4 本章小结  42-43
5 双PWM变换器的研究  43-59
  5.1 双PWM变换器原理  43-44
  5.2 网侧PWM变换器分析  44-53
    5.2.1 网侧PWM变换器控制策略  46-51
    5.2.2 闭环PI调节器参数的选择  51-53
  5.3 SVPWM  53-57
    5.3.1 SVPWM的工作原理  53-56
    5.3.2 SVPWM的算法实现  56-57
  5.4 网侧PWM变换器电压矢量控制基本结构  57-58
  5.5 本章小结  58-59
6 系统仿真与分析  59-68
  6.1 系统仿真模型建立  59-63
    6.1.1 风力机模型  60-61
    6.1.2 网侧变换器控制模型  61
    6.1.3 转子侧变换器控制模型  61-63
  6.2 系统仿真波形分析  63-68
7 结论  68-69
8 展望  69-70
9 参考文献  70-76
10 攻读硕士学位期间发表论文情况  76-77
11 致谢  77-78
附录  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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