变速恒频双馈异步风力发电机动态功率控制法的研究

论文摘要

当今社会能源消耗飞速增长,导致了能源危机日益加剧,与此同时环境污染问题也日益严重,因此用可再生清洁能源替代现在的化石能源被人们视为解决能源危机和环境污染问题的最有效途径。而风能作为可再生清洁能源中贮量大、容易被使用的能源,被人们大规模使用。因此如何利用风能进行发电的风力发电技术也成为了目前可再生能源研究的热点之一。本文在阅读国内外大量风力发电相关文献的基础上,对风力发电技术进行了深入的研究,得出目前风力发电并网运行时的变速恒频双馈异步风力发电系统为风力发电技术的重要发展方向,变速恒频双馈异步风力发电系统中的控制方法是此系统中研究的热点也是其难点之一。在分析了现有的变速恒频双馈异步风力发电系统相关的控制方法基础上,为实现对风力发电系统的变速恒频运行控制和对双馈异步风力发电系统输出的有功功率控制的目的,提出了一种新的变速恒频双馈异步风力发电系统的动态功率控制方法作为本课题研究的创新点。本文通过对异步风力发电机的运行特性以及现有的相关数学模型分析的基础上提出了一种两相坐标系下的异步风力发电机的动态数学模型,并且通过LABVIEW仿真平台对此异步风力发电机数学模型进行了仿真研究,得出其可在一定情况下真实的反映输入风速和双馈异步发电机输出功率之间的关系;在此数学模型的基础上本文通过对现有的变速恒频双馈异步风力发电系统相关控制方法的分析以及对双馈异步发电机的空间矢量、电磁转矩、整流逆变单元、转子电压控制定子电流的方法以及相关的控制理论进行了深入的研究后设计了上述的变速恒频双馈异步风力发电系统动态功率控制策略;通过matlab仿真软件中的simulink模块对此动态功率控制策略进行了仿真验证,在分析其仿真结果后得出此变速恒频双馈异步风力发电系统动态功率控制策略在保证风力发电系统变速恒频运行的情况下,可以对此风力发电系统进行良好的有功功率控制,具有良好的静态和动态控制效果。最后,对全文的工作进行总结,指出了其中的不足,并对今后的工作做出展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 风力发电现状
• 1.2.1 国内外风力发电现状
• 1.2.2 风力发电的优点
• 1.2.3 风力发电的缺点
• 1.3 风力发电技术
• 1.3.1 变浆距调节技术
• 1.3.2 主动失速调节技术
• 1.3.3 变速恒频技术
• 1.4 变速恒频风力发电系统简介
• 1.4.1 变速恒频鼠笼型异步风力发电系统
• 1.4.2 变速恒频同步风力发电系统
• 1.4.3 变速恒频双馈异步风力发电系统
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 变速恒频双馈异步风力发电系统数学模型
• 2.1 风速模型
• 2.2 风力机模型
• 2.3 双馈异步风力发电机模型
• 2.3.1 双馈异步风力发电机等值模型
• 2.3.2 三相坐标系下的双馈异步风力发电机数学模型
• 2.3.3 坐标变换原理
• 2.3.4 两相旋转坐标系下的双馈异步发电机数学模型
• 2.4 d-q 坐标系下双馈异步发电机的动态数学模型
• 2.5 基于labview 的双馈异步风力发电系统动态数学模型的仿真研究
• 2.5.1 labview 的简介
• 2.5.2 基于 Labview 的双馈异步发电机数学模型仿真
• 2.6 小结
• 第三章 变速恒频双馈异步风力发电系统动态功率控制策略
• 3.1 变速恒频双馈异步风力发电机相关控制策略简介
• 3.1.1 矢量控制策略简介
• 3.1.2 直接转矩控制策略简介
• 3.1.3 开环解耦控制策略简介
• 3.2 变速恒频双馈异步风力发电系统动态功率控制策略的研究
• 3.2.1 风力机最大风能捕获运行原理
• 3.2.2 双馈异步发风力发电机有功-无功控制原理
• 3.2.3 变速恒频双馈异步风力发电机动态功率控制策略
• 3.3 小结
• 第四章 变速恒频双馈异步风力发电机动态功率控制策略得仿真研究
• 4.1 MATLAB 仿真软件简介
• 4.2 风力机仿真分析
• 4.3 变速恒频双馈异步风力发电动态功率控制系统仿真分析
• 4.3.1 转差电流计算器仿真分析
• 4.3.2 磁链功率计算器仿真分析
• 4.3.3 变速恒频双馈异步风力发电机动态功率控制系统仿真
• 4.3.4 基于动态功率控制的变速恒频双馈异步风力发电机并网运行仿真分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢