风力机柔性传动特性模拟系统研究

摘要

由于扭力型变的存在，大功率、长出轴风力机在实际运行过程中，传动链部分会表现出柔性传动的特性。为简化模拟的难度，传统风力机模拟系统往往忽略风力机的柔性特性，但会使风力机模拟的精确度有所降低。针对这一问题，本文提出了一种基于永磁同步电动机转矩闭环控制的大功率风力机柔性传动特性的模拟方法，使模拟机组复现了实际风力机传动部分的柔性特性。 首先，建立实际风力机的风速模型，风力机模型和柔性传动机构模型，并将风力机参数按比例缩小至模拟系统可模拟的范围内，然后建立模拟用永磁同步电机在三相静止坐标系、两相静止坐标系（α-β坐标系）和两相同步旋转坐标系（d-q坐标系）下的数学模型，简述了空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）和基于矢量控制的永磁同步电机转矩控制策略。在Matlab/Simulink环境下建立了模拟系统的仿真模型，通过转矩闭环控制的方法使模拟电机复现出大功率风力机柔性传动特性。 针对风速突变和负载转矩突变的情况，以风力机等效高速轴转矩为给定转矩，模拟系统可以很好地复现实际风力机的柔性振荡特性，两者振荡频率幅值等均吻合。此外采用机电系统类比的方法对模拟系统可以模拟的范围进行了理论分析，在仿真系统中得到验证。 在理论分析的基础上，设计并制作了功率电路，调理电路，电源电路等硬件系统，完成了基于RT-LAB的控制系统的设计方法，为实验验证提供基础。实验结果与仿真结果有很好的一致性，故模拟系统的可靠性高，灵活性好，能在实验室进行相关风力机模拟的实验。

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摘要

第一章 绪论

1.1风力发电发展现状和趋势

1.2 风力机的种类以及风力机模拟系统的构成

1.2.1 实际风力机系统分类

1.2.2 风力机模拟系统的构成

1.3风力机模拟系统研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 实际风力机系统的数学模型及建模分析

2.1风速与风力机模型

2.1.1风速建模研究

2.1.2 风力机建模的研究

2.2 传动机构模型

2.3 实际风力机系统缩比模型

2.3.1 风力机空气动力参数缩比

2.3.2 风力机机械参数缩比

2.4 柔性传动下风力机运行稳定性分析

第三章 永磁电机模拟风力机柔性特性策略研究

3.1 三相永磁同步电机结构及建模分析

3.1.1三相永磁同步电机的结构

3.1.2 三相永磁同步电机的数学模型

3.2 三相永磁同步电机矢量控制系统研究

3.2.1两电平空间矢量调制算法

3.2.2 三相永磁同步电机矢量控制策略

3.3 柔性特性风力机模拟系统模拟策略研究

3.3.1 常用风力机模拟策略简述

3.3.2 柔性特性风力机模拟系统模拟策略分析

3.3.3柔性特性风力机模拟系统模拟范围分析

3.4 柔性特性风力机模拟系统仿真及结果分析

3.4.1 仿真模型的搭建及参数设定

3.4.2 仿真结果及分析

第四章 模拟系统硬件设计及实验结果分析

4.1基于永磁同步电机的柔性特性风力机模拟系统的构成

4.2 柔性特性风力机模拟系统控制电路硬件设计

4.2.1 主功率电路设计

4.2.2 驱动电路设计

4.2.3电压，电流采样电路设计

4.2.4温度采样电路设计

4.2.5 保护电路设计

4.2.6 RT-LAB实时仿真器工作原理简介

4.2.7 硬件电路实物图

4.3 实验结果及分析

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢