变速恒频风力发电机组电气控制系统的研究

论文摘要

在全球能源消耗不断增长和环境污染日趋严重的今天,风能作为一种绿色清洁的可再生能源,受到世界各国的普遍重视,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。变速恒频风力发电机组电气控制系统是整个风电系统的重要组成部分,对风力发电机组平稳可靠运行、高效利用风能起到非常重要的作用。本文以完成变速恒频风力发电机组电气控制系统为目标,围绕着系统功能的实现和控制方法展开了研究。首先,本文从研究无刷双馈电机的结构和工作原理出发,详细推导了无刷双馈电机转子速d-q数学模型和双同步MT模型,并在Simulink系统仿真环境下,构建了无刷双馈电机的仿真模块。通过对无刷双馈电机定子磁链矢量控制策略的研究,建立了无刷双馈变速恒频风力发电控制系统的Simulink仿真模型,并进行了仿真分析。其次,本文对变速恒频风力发电系统的运行状态进行了研究,分析了系统从启动到停止过程中,各个工作状态下的控制要求和控制方法。根据电控系统的控制要求,对系统的输入输出信号和控制单元进行了分析。在此基础上确定了控制器硬件配置及部分信号接口电路,并基于模块化的编程思想,设计了控制程序。最后,为提高控制系统过程可视化效果,以组态软件Wincc6.0为平台,设计了变速恒频风力发电系统监控软件,在PLCSIM、Step7、Wincc6.0中对部分功能进行了仿真联调。通过对系统进行的理论研究、仿真分析和软件调试,验证了无刷双馈电机数学模型和变速恒频风力发电控制策略的正确性,为下一步的理论研究和工程实现提供了技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风力发电综述
• 1.1.1 国内外风力发电现状
• 1.1.2 国内外风力发电技术研究现状
• 1.2 变速恒频风力发电技术
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 无刷双馈电机的原理及运行特性
• 2.1 无刷双馈电机的基本原理
• 2.2 无刷双馈电机的 d-q 数学模型
• 2.3 转子速 d-q 模型的 Simulink 建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 变速恒频风力发电控制策略
• 3.1 无刷双馈电机的定子同步速坐标系数学模型
• 3.2 基于定子磁链的变速恒频矢量控制策略分析
• 3.3 控制策略仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 变速恒频风力发电控制系统的设计
• 4.1 变速恒频风力发电机组的运行状态分析
• 4.2 变速恒频风力发电机组电气控制系统的基本结构和功能
• 4.3 电气控制系统的实现方法
• 4.3.1 控制系统相关参数
• 4.3.2 硬件接口设计
• 4.3.3 控制系统抗干扰设计
• 4.4 控制程序编制思路及流程图
• 4.5 本章小结
• 第五章 监控软件的设计及软件模拟
• 5.1 风电场监控系统结构
• 5.2 变速恒频风力发电机组监控系统设计
• 5.2.1 PLC 仿真软件PLCSIM 和组态软件Wincc 的功能和特点
• 5.2.2 系统冗余组态
• 5.2.3 变量连接查询方式及组态
• 5.2.4 过程值归档
• 5.2.5 报表及报警系统
• 5.2.6 画面组态
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作和结论
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢