双馈风机并网控制仿真及动模试验研究

摘要

经济的飞速发展，加快了化石能源的枯竭和环境污染的进程。绿色洁净的风能，成为世界各国在能源领域开发的重点。风力发电机组单机容量越来越大，其并网对电网的冲击已不能忽视，并网控制成为风力发电的一项必要技术。基于此，本文针对双馈电机（DFIG）并网控制这一关键问题进行研究，介绍了双馈风力发电系统的功率传输关系，DFIG的基本工作原理，如DFIG变速恒频运行原理以及DFIG的运行特性；还介绍了DFIG在不同坐标系下的数学模型和坐标变换原理。然后以DFIG空载并网时的控制策略为中心，介绍了风力机的的建模与仿真、DFIG电网电压定向的空载并网控制策略。并网控制只是DFIG运行控制的前一部分，为了能对DFIG并网过程进行完整的离线仿真，对并网后的发电控制策略也进行了介绍，然后对 DFIG并网控制切换前后做了完整的离线仿真。然而，软件仿真只能用于学习和检验基本原理和算法，至于最终样机硬件系统能否实现，仍需进一步验证。本文利用课题组研发的基于模型的工程设计应用的通用实时仿真器（UREP），开发了一套电机控制平台，在进行异步电机开环调速实验、DFIG直流励磁发电实验、DFIG交流励磁发电实验、异步电机闭环调速矢量控制实验等一系列实验的基础上、最终以异步电机为原动机，双馈电机为发电机，完成了DFIG动模试验并网控制的要求。经过仿真和实验的双重验证，证明了控制策略的正确性和可行性。

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摘 要

Abstract

第一章 绪 论

1.1 选题背景

1.1.1 能源与环境危机

1.1.2 风能开发现状

1.1.3 风力机和发电机控制系统

1.1.4 发电机的并网控制

1.2 本文的主要工作

第二章 双馈风力发电系统工作原理

2.1 双馈风力发电系统的功率传输关系

2.2 DFIG的基本工作原理

2.2.1 DFIG变速恒频原理

2.2.2 DFIG运行特性

2.3 DFIG的数学模型

2.3.1 三相静止坐标系下的数学模型

2.3.2 坐标变换及变换阵

2.3.3 同步旋转坐标系下的数学模型

2.4 本章小结

第三章 变速恒频DFIG并网控制的建模与仿真

3.1 风力机的建模与功率控制

3.2 DFIG的并网控制

3.2.1 DFIG空载并网控制策略

3.2.2 并网后的稳态运行控制策略

3.2.3 DFIG运行控制的离线仿真

3.3 本章小结

第四章 动模试验平台的搭建及测试

4.1 试验平台的搭建

4.2 平台可行性验证

4.2.1 离线仿真

4.2.2 实验对比

4.3 基础实验测试

4.3.1 对拖机组的空载启动及加减速实验

4.3.2 对拖机组的交直流励磁实验

4.4 本章小结

第五章 矢量控制试验案例

5.1 矢量控制基本原理

5.2 矢量控制的建模与仿真

5.3 动模试验设计与分析

5.4 本章小结

第六章 DFIG空载并网控制的验证

6.1 实验条件下的离线仿真

6.2 并网控制的动模试验

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

致 谢

参考文献

附录一 电机控制平台实物图

附录二 基于实时仿真器的异步电机矢量控制实时模型

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原 创 性 声 明