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变速恒频风力发电系统的建模与仿真研究

作　者: 付海涛
导　师: 杨长安
学　校: 华中科技大学
专　业: 电机与电器
关键词: 风力发电变速恒频风力机双馈异步发电机交-交变频器矢量控制
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 1764次
引　用: 30次
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内容摘要

变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的关注,有着良好的发展前景。本文致力于研究变速恒频风力发电技术,从分析其运行机理入手,比较了定桨距、变桨距和变速恒频风力发电的区别,选定双馈式变速恒频方案:它在低风速阶段主要进行变桨距调节追求最大风能捕获,高风速时通过控制双馈电机转子侧的电流,达到定子输出恒频和有功、无功的独立调节。变桨距风力机作为风能转换为机械能的设备,是风力发电系统的重要组成部分,它与风电场风能资源的匹配问题直接影响到了风力发电系统的运行特性。本文以风能理论为基础,探讨了风力机组设备的选型问题,建立起风速和风力机系统的数学模型。双馈异步电机是变速恒频风力发电系统的核心。本文分析了其基本运行特点,指出双馈发电机具有普通交流电机无法比拟的优点; 研究了稳态电路和功率平衡关系,并详细推导出M-T-0 坐标系下的5 阶状态方程,建立起定子磁链定向矢量控制系统,实现了定子有功和无功的解耦控制,使电机控制简单化。变频器是双馈电机实现变速恒频运行的关键,本文选定了六脉波交-交变频器作为励磁电源。通过对其主电路结构、余弦交截法和触发脉冲产生原理等的进一步分析,建立起六脉波交-交变频器的数学模型,并处理了与变频器与发电机的接口问题。最后,利用Matlab6.5/Simulink5.0 仿真软件,建立了系统各组成部分的仿真模型,并进行了仿真实验研究。仿真结果表明,所建模型是正确的,变速恒频风力发电系统具有良好的运行特性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 国内外风力发电发展概况  9-11
  1.2 风力发电技术的分类及特点  11-14
  1.3 变速恒频风力发电系统简介  14-16
  1.4 本论文的主要工作  16-17
2 风力机的基本理论与数学建模  17-31
  2.1 风能的统计理论  17-20
  2.2 风力机与风能资源的匹配问题  20-24
  2.3 风力机的基本结构、特性系数与数学建模  24-31
3 双馈异步发电机的运行特性与矢量控制  31-42
  3.1 双馈异步发电机的基本特点  31-33
  3.2 双馈异步发电机的稳态运行分析  33-36
  3.3 双馈异步发电机的矢量控制策略  36-42
4 交-交变频器的运行控制  42-52
  4.1 交-交变频器主电路形式  42-44
  4.2 交-交变频器的数学模型  44-47
  4.3 交-交变频器的触发脉冲  47-51
  4.4 与双馈发电机的接口处理[62]  51-52
5 变速恒频风力发电系统仿真研究  52-66
  5.1 风力机的仿真模型  52-54
  5.2 交-交变频器的仿真模型  54-57
  5.3 双馈异步发电机的仿真模型  57-58
  5.4 变速恒频风力发电系统的仿真模型  58-59
  5.5 基于SIMULINK 的仿真结果  59-66
6 全文总结  66-69
致谢  69-70
参考文献  70-76
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  76-77
附录2 双馈异步发电机数学模型的推导  77-85

变速恒频风力发电系统的建模与仿真研究

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