鼠笼型感应式风力发电机组控制系统仿真研究

摘要

风力发电清洁无污染,具有较好的经济效益和社会效益,是一种潜力巨大的电力新能源。随着风电机组单机容量的不断增大,提高机组运行效率、实现最大风能追踪成为风力发电技术研究的重要内容。在变速恒频风力发电系统中,鼠笼型电机以其结构简单、价格低廉、维护方便等优点受到越来越多的关注。本文对鼠笼型感应式风力发电机组进行了研究与分析,主要内容如下:
　　一、介绍了风力发电的背景及国内外研究现状,比较了采用不同类型发电机的变速恒频风力发电系统的优缺点,其中选用鼠笼型感应式风力发电机(SCIG)作为风力发电机组的发电机部分,具有电气损耗小、鲁棒性能佳的优势。
　　二、研究了风速的模型,从风力机的运行机理及空气动力学特性出发,对风力机的结构参数与能量获得的关系进行了定量分析。并利用MATLAB/Simulink对风力发电系统的风速子模块、风力机子模块和传动系统子模块进行了模型搭建。
　　三、研究了鼠笼型感应式风力发电机的基本原理和结构特点,得到了三相静止坐标系下SCIG的数学模型,并通过坐标变换,得到了SCIG的两相同步旋转坐标系模型(dq模型)和两相静止坐标系模型(ab模型)。然后,通过对dq模型进行矩阵变换,得到了以定子电压为输入,定子转子电流和电磁转矩为输出的状态方程,并建立了风力发电系统的发电机simulink模型。
　　四、提出了鼠笼型感应式风力发电机组的控制策略,对机侧采用转子磁场的定向矢量控制策略,设计了转矩-电流双闭环控制器,并对转矩环采用速度和功率两种不同的控制;对网侧采用电网电压的定向控制策略,设计了电压-电流双闭环控制器。同时,对机侧和网侧的PWM变流器采用空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)。最后,利用Simulink对各个部分进行模块搭建,并对风力发电机组的各个子模块进行了组合与仿真。从仿真结果可以看出功率转矩控制环在转速跟踪和最大风能捕获上有更好的控制效果。
　　五、对全文内容进行了总结,并对进一步的研究做了展望。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1.绪论

1.2国内外风力发电的研究现状

1.3风力发电技术的发展

1.4本文研究的意义及主要内容

2.风及风力机模型

2.1风速模型

2.2风力机的特性和模型

2.3传动系统模型

2.4 本章小结

3 笼型感应式发电机的基本原理与数学模型

3.1笼型感应发电机的基本原理

3.2笼型感应发电机的数学模型

3.3 发电机的仿真模型

3.4 本章小结

4.笼型感应式风力发电机组的控制策略

4.1机侧变换器控制策略

4.2网侧变换器控制策略

4.3空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）

4.4本章小结

5鼠笼型感应式风力发电机组仿真与分析

5.1鼠笼型感应式风力发电机组的参数

5.2 运行仿真与结果分析

5.3 本章小结

6结论与展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文论著