风力发电主控制器的设计与实现

论文摘要

众所周知,能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油天然气为主,不仅资源有限,而且造成了严重的大气污染。因此对可再生能源的开发利用,特别是对风能风能的开发利用,已受到世界各国的高度重视。本文主要是围绕双馈风力发电系统中的主控制器的设计与实现展开的,主要内容如下:1.对DFIG的运行理论进行了分析,对双馈电机的数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导,为全文的研究奠定了理论基础。2.其次,运用定子磁场定向矢量控制的分析方法,在内轴同步旋转坐标系统下建立了双馈电机输出功率与电机和励磁控制参数的数学表达式,有效地反映了转子励磁电流的幅值、相位、频率对输出功率的控制作用。在稳态特性方面,分析了变速恒频双馈风力发电机组的有功功率特性、无功功率特性,由此进一步确定了双馈电机运行过程中的功率边界。3.再次,为了在实验室环境下对风力发电进行深入研究,搭建了11KW的变速恒频双馈风力发电模拟平台,提出并设计了基于LABVIEW软件的主控制器的上位机监控及控制调度软件。4.实验研究中,探讨了采用直流电动机模拟风力机特性的方法,构建了由dSPACE组成的交流励磁变速恒频风力发电实验系统,完成了有功、无功功率解耦控制、最大风能追踪控制、空载并网控制及网侧变换器控制等实验内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外风力发电的现状与发展趋势
• 1.1.1 世界上风力发电的现状
• 1.1.2 我国风力发电的现状
• 1.1.3 风力发电的发展趋势
• 1.2 风力发电机的种类
• 1.2.1 异步机发电机
• 1.2.2 同步发电机
• 1.2.3 双馈发电机
• 1.2.4 开关磁阻发电机
• 1.2.5 高压发电机
• 1.2.6 永磁自励型发电机
• 1.3 风力发电机组输出功率控制方式
• 1.3.1 定桨距失速调节型风电机技术
• 1.3.2 变桨距调节型风电机技术
• 1.3.3 主动定桨距调节型风电机技术
• 1.3.4 变速恒频风电机技术
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 第二章 双馈电机的基本结构及运行理论
• 2.1 引言
• 2.2 变速恒频双馈风力发电机组的结构特点与工作原理
• 2.3 双馈电机在三相静止坐标系（ABC）下的数学模型
• 2.4 D-Q-0 坐标系中双馈电机的数学模型
• 2.5 双馈发电机的功率传递关系
• 第三章 双馈发电机的功率控制及功率边界
• 3.1 双馈发电机转子励磁控制电压的研究
• 3.1.1 双馈电机励磁分析
• 3.1.2 风力发电用双馈发电机励磁状态研究
• 3.2 双馈发电机定子端功率因数调节分析
• 3.2.1 功率因数调节特性分析
• 3.2.2 风力发电双馈发电机功率因数调节
• 3.3 双馈风力发电最大功率跟踪
• 3.3.1 变速恒频风力发电机运行方式
• 3.3.2 变速恒频风力发电系统的运行区域
• 3.3.3 DFIG 风力发电系统最大风能追踪的机理
• 3.4 变速恒频风力发电机的控制策略
• 3.5 双馈风力发电机组的有功功率特性
• 3.6 变速恒频风电机组无功功率特性
• 3.7 变速恒频风电机组功率边界问题分析
• 3.8 小结
• 第四章 变速恒频双馈风力发电模拟实验平台的总体设计
• 4.1 引言
• 4.2 双馈风力发电实际系统的构成
• 4.3 风力发电实验平台的构成
• 4.3.1 风力发电系统的整体设计
• 4.4 风场风力机虚拟系统
• 4.5 变速恒频双馈风力发电机的励磁控制系统
• 4.6 主控制系统
• 4.7 结论
• 第五章 实验室双馈风力发电机主控制器软硬件设计
• 5.1 实验室双馈风力发电机主控制器硬件设计
• 5.1.1 主控制器输入输出信号
• 5.1.2 实验系统板卡的选择
• 5.1.3 信号接口电路的设计
• 5.2 实验室双馈风力发电机主控制器系统主程序结构设计
• 5.3 主控制器系统程序设计要点
• 5.3.1 最大功率跟踪程序设计
• 5.3.2 偏航程序设计
• 5.3.3 变桨程序设计
• 5.3.4 制动程序
• 第六章实验室双馈风力发电机运行试验论证
• 6.1 实验室双馈风力发电平台的硬件构成
• 6.2 实验室双馈风力发电系统波形图
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文