变速恒频双馈风力发电机特性分析及其控制策略研究

论文摘要

本文首先推导了变速恒频双馈发电机在各坐标系下的数学模型,并以其稳态等值电路为依据,推导了功率、电磁转矩等关键量的表达式及其相互关系,详细讨论了其运行特性与功率流动关系以及转矩调节特性、有功、无功功率调节特性等稳态特性。接着从讨论风力机的工作特性和工作区域出发,分析了其输出机械功率和转速的特性关系以及最大风能捕获的控制策略,利用定子磁链定向的矢量控制技术,建立了变速恒频风电矢量控制系统,实现了有功功率和无功功率的解耦和独立控制。最后,本文还将模糊逻辑分别用于最大风能的捕获和定子无功参考功率的确定,并设计了模糊逻辑控制器。相应的仿真结果也验证了这些控制策略的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外风力发电现状
• 1.2.1 国外风力发电现状
• 1.2.2 我国风电的发展现状
• 1.3 风力发电技术概述及其发展现状
• 1.3.1 定桨距调节技术和变桨距调节技术
• 1.3.2 变速恒频发电技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 双馈发电机模型建立及其稳态特性分析
• 2.1 双馈风力发电机的运行机理
• 2.2 双馈发电机模型
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 坐标矢量变换的基本概念
• 2.2.3 同步旋转d-q 坐标系下双馈发电机的数学模型
• 2.3 双馈发电机稳态特性分析
• 2.3.1 双馈发电机的工作特性
• 2.3.2 双馈发电机功率特性
• 2.3.3 转矩调节特性
• 2.3.4 有功功率与无功功率调节特性
• 2.3.5 转差率s 对发电机参数的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 风电机组控制系统研究及模型仿真
• 3.1 风力机工作特性
• 3.2 风力机运行区域和最大风能追踪控制
• 3.3 定子磁链定向下的发电机矢量方程
• 3.4 基于定子磁链定向的交流励磁双馈电机矢量控制系统
• 3.4.1 控制系统结构
• 3.4.2 控制系统主要模块的搭建
• 3.4.3 对矢量控制系统的仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于发电机效率优化的风电机组控制策略研究
• 4.1 控制策略优化的理论概述
• 4.1.1 控制策略优化的背景
• 4.1.2 模糊逻辑控制系统设计的基本步骤
• 4.2 模糊逻辑在最大风能追踪控制中的应用
• 4.2.1 模糊寻优原理图
• 4.2.2 模糊控制器的设计
• 4.2.3 仿真结果分析
• 4.3 基于效率优化的无功功率控制策略
• 4.3.1 无功功率控制的分析
• 4.3.2 无功参考功率的选择依据
• 4.3.3 基于模糊逻辑的无功参考功率的确定
• 4.3.4 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况