变速恒频双馈风力发电控制系统的建模与仿真

论文摘要

随着世界上可再生能源的日益发展,各种可再生能源技术的研究也越来越受到重视。风能已经成为受世界各国普遍关注的绿色能源,所以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。本文针对双馈式变速恒频风力发电方案,以风能理论为基础,在分析了低风速时主要通过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励磁电流达到定子输出恒频和有功、无功的独立调节的运行机理的基础上,首先建立了风速和风力机系统的数学模型。其次,作为变速恒频风力发电系统核心的双馈异步电机,本文分析了其基本运行特点和稳态等效电路,详细推导了M-T-O坐标系下的5阶状态方程,建立了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,本文选定了交-直-交变频器作为励磁电源,通过对其主电路结构、SVPWM波产生原理的深入分析,建立了交-直-交变频器数学模型,并处理了与变频器与发电机的接口问题。最后,利用Matlab/Simulink仿真软件,整合系统各组成部分,对变速恒频双馈风力发电控制系统分别在实际风速小于、大于额定风速等情况进行了仿真研究。本文所作的仿真研究与分析,为基于双馈电机的变速恒频风力发电控制系统的实际设计打下良好基础,具有一定的应用参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的意义与来源
• 1.2 国内外风电技术的研究及发展现状
• 1.3 论文的主要工作
• 2 变速恒频交流励磁双馈风力发电系统
• 2.1 风力发电系统概述
• 2.2 风力发电系统的主要类型
• 2.3 变速恒频风力发电技术
• 2.4 双馈发电机励磁控制技术
• 3 变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的数学建模
• 3.1 风力机的建模
• 3.1.1 风速数学模型
• 3.1.2 风力机特性
• 3.1.3 桨矩控制系统
• 3.2 双馈异步发电机的数学建模
• 3.2.1 双馈异步发电机的基本特点
• 3.2.2 双馈电机在三相静止坐标系（abc）下的数学模型
• 3.2.3 双馈电机定子磁场定向矢量控制原理
• 3.2.4 双馈电机的能量关系
• 3.3 SVPWM交-直-交变频器的数学建模
• 3.3.1 双SVPWM变换器的基本原理
• 3.3.2 网侧变换器的数学模型及控制
• 3.3.3 转子侧变换器的数学模型及对DFIG的控制
• 3.3.4 SVPWM信号占空比的计算及仿真实现
• 3.3.5 与双馈发电机的接口处理
• 4 变速恒频双馈风力发电系统仿真研究
• 4.1 风力机的仿真模型
• 4.2 交-直-交变频器的仿真模型
• 4.3 SVPWM模型
• 4.4 双馈异步发电机的仿真模型
• 4.5 变速恒频风力发电系统的仿真模型
• 4.6 基于SIMULINK的仿真结果
• 4.6.1 风力机特性仿真
• 4.6.2 交-直-交变频器的的输出曲线
• 4.6.3 双馈异步电机的仿真结果
• 4.6.4 系统的仿真结果
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献