基于风力机模拟的双馈风力发电系统动态特性研究

论文摘要

在研究风力发电的过程中,通常情况下实验室的前期研究不能直接采用风力机和发电机相连,而且不具备风电场的实际环境。因此,建立一种风力机的模拟系统,对风力发电技术的研究及发展具有重要的意义。本文采用了直流电动机对风力机特性进行模拟,在此基础上建立了基于风力机模拟的双馈风力发电系统。首先分析双馈发电机的运行特点,通过坐标变换思想建立了双馈发电机在同步旋转坐标系下的数学模型。在转子励磁电源的研究中,采用了双PWM型变换器。在网侧采用了电网电压定向矢量的控制策略,实现了网侧换流器交流侧单位功率因数运行和保证直流电压稳定;而在电机侧采用定子磁链定向矢量的控制策略,实现了双馈电机定子有功和无功功率的解耦控制。其次研究了风力机的运行特性和风力机捕获最大风能的运行原理,以及风力机的功率调节特性。对比分析了风力机与直流电动机在功率和转矩输出特性上的相似之处,并且建立了机械传动轴的数学模型。研究了直流电动机模拟风力机特性的控制方法,本文提出了转矩控制方案,它是通过对直流电机电枢电流的控制来完成输出转矩的控制,进而模拟风力机在不同风速下的转矩特性。最后本文采用MATLAB仿真软件搭建了一套基于风力机模拟的双馈风力发电系统,通过仿真验证了基于转矩控制的风力机模拟系统以及双馈电机控制策略的合理性。不仅对不同风速下风力机的运行特性以及双馈电机并网特性进行分析,同时研究了暂态情况下风力机模拟系统对双馈电机的动态影响。通过对比分析,验证了所建立仿真系统模型的合理性及有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 风力发电发展状况及展望
• 1.2.1 世界风力发电的发展现状
• 1.2.2 我国风力发电发展状况与展望
• 1.3 风力发电技术的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 双馈发电机的运行特性及控制方式
• 2.1 双馈发电机的工作原理
• 2.1.1 双馈发电机的基本概念
• 2.1.2 双馈发电机稳态等效电路
• 2.1.3 双馈发电机的功率关系
• 2.2 双馈异步发电机的数学模型
• 2.2.1 三相静止abc 坐标系下数学模型
• 2.2.2 两相同步旋转dq 坐标系下数学模型
• 2.3 网侧PWM 变换器的控制策略
• 2.3.1 网侧PWM 变换器的数学模型
• 2.3.2 网侧PWM 变换器的控制策略
• 2.4 转子侧PWM 变换器的控制策略
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于直流电机的风力机特性模拟
• 3.1 风速的特性
• 3.1.1 威布尔分布风速模型
• 3.1.2 组合风速模型
• 3.1.3 贝兹理论
• 3.2 风力机的特性分析
• 3.2.1 风力机的运行原理
• 3.2.2 风力机的运行区域
• 3.2.3 风轮气动功率调节
• 3.3 风力机与直流电动机的特性比较
• 3.3.1 直流电动机的特性
• 3.3.2 机械传动轴系的数学模型
• 3.4 直流电机模拟风力机特性的方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于风力机模拟的双馈发电系统研究
• 4.1 风力机模拟系统的仿真分析
• 4.1.1 风速模型的仿真验证
• 4.1.2 风力机模拟系统的建立
• 4.2 基于风力机模拟的双馈风力发电系统仿真分析
• 4.2.1 双馈电机的稳定运行验证
• 4.2.2 风力机模拟系统与实际风力机的对比仿真
• 4.3 基于风力机模拟的双馈电机动态运行分析
• 4.3.1 最大风能追踪控制仿真
• 4.3.2 动态过程中轴系对风力发电系统的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢
• 论文摘要