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双馈型风力发电系统的建模与仿真

作　者: 王蒙
导　师: 陈昌
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 风力发电 双馈发电机 网侧变流器 转子侧变流器 Matlab/Simulink
分类号: TM743
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


风能作为一种洁净的可再生资源,在未来的能源领域中将发挥越来越重要的作用。随着变速恒频风力发电技术的发展,双馈型风力发电系统已经成为一个当前研究的热点。本文所要研究的就是双馈型风力发电系统的建模和仿真分析。首先,本文结合变速恒频风力发电系统理论,具体分析了双馈型风力发电系统各组成部分以及工作原理,并根据风力机的风能吸收原理确定了双馈型风力发电系统最大风能捕捉的控制目标。其次,详细分析了双馈型发电机的基本运行原理以及不同状态下的能量流动关系,分别建立了发电机在三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型,并引入了坐标变换的思想。再次,采用交-直-交双PWM变换器作为双馈型风力发电系统的交流励磁电源,给出了变换器的电路拓扑结构,并分别对网侧变换器和转子侧变换器的数学模型以及控制策略进行了详细讨论。最终确定网侧变换器采用电网电压矢量定向控制策略和空间矢量调制技术,而转子侧变换器则采用定子磁场定向的矢量控制策略。最后,利用Matlab/Simulink仿真软件,分别建立风电系统各组成部分的仿真模型,如风速、风力机、双馈发电机、交-直-交双PWM变换器、控制系统以及SVPWM模块等。整合风力发电系统的各部分仿真模型,建立起完整的双馈型风力发电仿真系统。通过对整体系统的仿真,验证了所建立的风电系统各部分数学模型的正确性以及相应控制策略的可行性。为以后进一步研究双馈型风力发电系统提供了可靠的Matlab/Simulink模拟仿真系统,具有一定的理论和实际意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 风力风电的发展背景  8
  1.2 风力发电的现状  8-10
    1.2.1 国外风力发电现状  8-9
    1.2.2 国内风力发电现状  9-10
  1.3 风力发电的基础理论  10-13
    1.3.1 风力发电系统的基本运行方式  10-11
    1.3.2 变速恒频发电技术  11-13
  1.4 本章小结  13-16
    1.4.1 双馈型风力发电的关键技术  13-14
    1.4.2 本论文主要内容  14-16
2 双馈风力发电系统概述及最大风能捕捉  16-21
  2.1 双馈型风力发电系统的结构  16
  2.2 风力机风能吸收原理  16-18
  2.3 最大风能捕获原理  18-20
  2.4 本章小结  20-21
3 双馈电机的运行原理及其数学模型  21-32
  3.1 双馈发电机运行原理  21-22
  3.2 双馈发电机的数学模型  22-29
    3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型  22-25
    3.2.2 坐标矢量变换  25-28
    3.2.3 同步旋转坐标系下的数学模型  28-29
  3.3 双馈风力发电系统的能量流动关系  29-31
  3.4 本章小结  31-32
4 双馈风力发电系统变流器的建模及控制策略  32-43
  4.1 双PWM变换器的拓扑结构  32-33
  4.2 网侧变换器的建模与控制  33-37
    4.2.1 三相静止坐标系下的数学模型  33-34
    4.2.2 旋转d-q坐标系下的数学模型  34-35
    4.2.3 网侧变换器的控制  35-37
  4.3 转子侧PWM变换器的控制  37-42
    4.3.1 常用的矢量控制技术  37
    4.3.2 定子磁场定向的双馈电机模型  37-40
    4.3.3 定了磁链观测器  40-42
  4.4 本章小结  42-43
5 变速恒频双馈风力发电系统的仿真验证  43-60
  5.1 风力机的建模  43-47
    5.1.1 风速数学模型  43-45
    5.1.2 风力机的数学模型  45
    5.1.3 风力机模型仿真结果分析  45-47
  5.2 网侧变换器的模型与仿真  47-53
    5.2.1 矢量调制技术  47
    5.2.2 SVPWM的实现  47-49
    5.2.3 SVPWM的仿真模型  49
    5.2.4 网侧变流器的仿真模型  49-50
    5.2.5 网侧变流器的仿真结果分析  50-53
  5.3 双馈型风力发电系统的模型  53-54
  5.4 双馈型风力发电系统仿真  54-59
    5.4.1 风力发电仿真系统组成  54-55
    5.4.2 仿真系统模型及其参数设置  55-57
    5.4.3 仿真结果分析  57-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的模拟与计算 > 模拟与仿真
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