永磁直驱式风力发电机系统的仿真与建模分析

摘要

随着环境问题的日益突出，清洁能源问题越来越引起全世界的关注，其中风能作为典型的清洁能源之一日益引起从业者的重视。随着风力发电技术日趋成熟，其应用范围越来越大。考虑到风速的变化范围较大，为保证稳定高效的功率输出，对控制策略提出了很高的要求。本文以此为背景，研究永磁直驱风机的建模，着重解决永磁直驱风电机的控制策略问题。包括机侧变流器的控制策略和网侧逆变器的控制策略。针对目前电力系统中存在的具有一定发生频次的短路故障问题，本文讨论了针对电压跌落问题的风机低电压穿越方案。
　　在对新能源发电技术的应用背景以及风力发电技术的研究现状的基础上，对风力发电系统进行分类，对两种变速恒频发电系统进行介绍。对永磁直驱风力发电系统的原理及特性进行介绍，构建永磁直驱风力发电系统的数学模型，分别给出了机侧变流器和网侧逆变器的结构简图，推导机侧变流器和网侧逆变器的数学模型。
　　对永磁直驱风电机组的控制策略进行研究分析。研究最大功率跟踪策略，在此基础上对网侧逆变器的控制策略进行推导分析，确定以电流作为内环、电压作为外环的双闭环控制策略。对电流内环和电压外环的PI控制参数分别进行推导，确定最终的网侧逆变器的控制方案。确定网侧逆变器的控制方案以后，对机侧控制系统的变流器的控制策略进行研究，同样的思路确定双闭环结构中内外环的各个环节的参数。针对本文提出的网侧逆变器和机侧变流器的控制方案，本文分别进行仿真分析，验证了本文所提的控制策略的有效性。
　　针对电力系统中具有一定发生频次的电压跌落现象，讨论电压跌落的特征以及检测方法，对低电压穿越现象进行介绍，给出不同国家地区的低电压穿越参数标准。讨论低电压穿越技术的基本原理，确定卸荷电路的最终方案。将确定的低电压穿越方案应用于永磁直驱风力发电系统之中，对其效果进行整体仿真分析，仿真结果有力的验证了本文方法的有效性与可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 风力发电技术现状

1．2．1 国内外风力发电现状

1．2．2 风力发电系统的分类

1．3 低电压穿越技术研究现状

1．4 研究内容

第2章 永磁直驱风力发电系统数学建模

2．1 永磁直驱风力发电系统的基本原理

2．2．1 风力发电机的工作原理及特性

2．2．2 永磁直驱发电机建模

2．3 机侧PWM变流器的数学模型

2．3．2 机侧PWM变流器数学模型

2．4．1 网侧PWM逆变器的拓扑结构

2．4．2 网侧PWM逆变器的数学模型

2．5 本章小结

第3章 网侧逆变器控制策略

3．1 最大功率跟踪控制策略

3．2 网侧逆变器控制策略

3．2．1 电流内环参数设置

3．2．2 电压外环参数设置

3．3 仿真分析

3．4 本章小结

第4章 风机系统机侧控制策略

4．1 变流器控制策略

4．1．1 内环参数设定

4．1．2 外环参数设定

4．2 仿真分析

4．3 本章小结

第5章 永磁直驱风力发电系统的低电压穿越技术研究

5．1 电压跌落

5．2 低电压穿越

5．3．1 卸荷电路

5．3．2 卸荷电路控制方案

5．4 仿真分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

个人简历