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无刷双馈风力发电机控制系统仿真研究

作　者: 张宝发
导　师: 赵辉
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无刷双馈发电机 变速恒频发电技术 仿真建模 模糊控制
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着社会经济的发展,人类对能源的需求量不断扩大,能源短缺和环境污染问题日趋严重,导致了今天的世界性能源危机。开发可再生能源是解决这一危机的途径之一。相对于太阳能、地热能、潮汐能和生物能等新能源,风能资源是近年来发展最快、最有前途的可再生能源。采用变速恒频风力发电技术的无刷双馈电机风力发电系统,发电机在定子上实现了双馈,不仅去掉了滑环和电刷,而且具有绕线式转子异步发电机和同步发电机的优良特性,特别适用于风力发电。这样的风力发电系统发电效率高、所需变频器容量小,代表了当今风力发电的发展方向。本文首先介绍了国内外风力发电的发展概况和无刷双馈电机的特点和研究现状,分析了几种变速恒频风力发电技术方案的优缺点。其次,分析了无刷双馈电机的基本结构、运行原理、等效电路和稳态方程,讨论了稳态特性,分析了无刷双馈电机的网路数学模型、转子速d-q坐标数学模型和双同步速数学模型。将无刷双馈电机系统分解为两个子系统,即控制绕组子系统与功率绕组子系统,各子系统中的电流、电压以及磁链的空间相量都将转化为利于控制的直流分量,可以直接通过控制绕组电压来控制电机的转速、转矩、功率等性能指标,大大方便了无刷双馈电机控制系统的实现。随后,本文以转子速d-q坐标数学模型为基础,在MATLAB/Simulink环境下建立了无刷双馈电机的仿真模型,对其三种运行模式的性能进行仿真研究,在此仿真模型的基础上,根据无刷双馈电机工作原理,应用模糊控制理论和方法,研究了无刷双馈电机风力发电的模糊功率因数控制系统,设计了模糊控制器,应用此模糊控制器对无刷双馈电机风力发电状态进行控制,并进行了仿真,证明了智能模糊控制方法的有效性。最后,对全文所做的研究工作及取得的研究成果进行了总结,对后续的研究工作进行了展望,提出了改进措施。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 风力发电概述  9-12
    1.1.1 世界风电发展概况  9-11
    1.1.2 国内风电发展概况  11-12
  1.2 变速恒频风力发电技术  12-14
  1.3 无刷双馈电机的特点及研究现状  14-18
    1.3.1 无刷双馈电机的特点  15
    1.3.2 无刷双馈电机的研究现状  15-18
      1.3.2.1 无刷双馈电机结构  15-16
      1.3.2.2 无刷双馈电机控制方法  16-18
  1.4 课题的来源及研究意义  18
    1.4.1 课题来源  18
    1.4.2 研究意义  18
  1.5 本文主要工作  18-19
  1.6 论文内容安排  19
  1.7 本章小结  19-20
第二章 无刷双馈电机的结构及运行原理  20-26
  2.1 无刷双馈电机的结构  20-22
    2.1.1 定子结构  20-21
    2.1.2 转子结构  21-22
  2.2 无刷双馈电机的运行原理  22-25
    2.2.1 电机工作原理  22-23
    2.2.2 电机运行方式  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 无刷双馈电机的数学模型  26-38
  3.1 动态数学模型  26-35
    3.1.1 三相静止坐标模型  26-29
      3.1.1.1 电压方程  26-28
      3.1.1.2 电磁转矩方程  28-29
      3.1.1.3 机械运动方程  29
    3.1.2 转子速d-q坐标模型  29-32
    3.1.3 双同步速坐标模型  32-35
  3.2 稳态数学模型  35-37
    3.2.1 稳态等效电路  35-36
    3.2.2 稳态特性分析  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章 无刷双馈电机运行仿真  38-49
  4.1 仿真模型的建立  38-41
  4.2 单馈异步运行仿真  41-43
  4.3 同步运行仿真  43-44
  4.4 双馈调速或发电运行仿真  44-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章 无刷双馈风力发电机模糊功率因数控制  49-57
  5.1 模糊控制器设计  49-54
    5.1.1 结构选择  49-50
    5.1.2 知识获取  50-52
    5.1.3 参数确定  52-53
    5.1.4 规则表示  53-54
  5.2 无刷双馈风力发电机模糊功率因数控制系统  54
  5.3 控制系统仿真  54-56
    5.3.1 给定功率因数变化  54-55
    5.3.2 给定风速变化  55-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章 总结与展望  57-58
参考文献  58-61
发表论文和科研情况说明  61-62
致谢  62

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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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