变速恒频双馈风力发电机建摸与运行特性研究

摘要

在当今能源和环境问题日益突出的情况下，风能作为一种清洁的可再生能源开始受到人们的关注。与传统的恒速恒频风力发电技术相比，变速恒频风力发电技术是当今世界风力发电的主要趋势，而其中交流励磁双馈风力发电系统因其高效性和实用性正受到越来越多的重视，具有很好的发展前景。本文对交流励磁双馈风力发电系统的数学模型、控制策略及其运行特性等问题进行了研究，主要内容如下:
　　首先分析了双馈电机的运行理论，建立了双馈电机的等值电路模型，分析了双馈电机的运行特性及功率关系，为全文的研究奠定了理论基础。其次，分析了双馈电机的控制方法，将磁场定向矢量控制技术应用到双馈电机运行控制上，形成了基于定子磁链定向的双馈电机有功、无功功率解藕控制策略，介绍了双PWM型变换器的特点，以及转子侧变频器和网侧变频器在功能和控制上的异同，在转子变频器的控制中引入滞环电流控制，建立了新的转子励磁控制策略，简化了控制过程，提高了动态响应性能，并在介绍风力机特性的基础上，分析了风力机最大风能追踪原理，确定了采用双馈机功率控制来实现最大风能追踪的实施方案。
　　最后，利用PSCAD仿真软件，建立了系统各组成部分的仿真模型，并进行了仿真实验研究。仿真结果表明，在该控制策略下，双馈风力发电系统实现了最大风能的追踪和有功功率无功功率的解藕控制，验证了模型的正确性与控制策略的可行性。

目录

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1 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 风电发展的现状和趋势

1.3 并网型风力发电技术简介

1.3.1 恒速恒频发电系统

1.3.2 变速恒频发电系统

1.4 双馈式风力发电机的研究现状

1.4.1 双馈电机的动态数学模型

1.4.2 双馈电机的控制技术

1.4.3 双馈电机的并网运行特性

1.5 本文研究的主要内容

2 双馈式风力发电系统的运行理论

2.1 双馈式发电机的优势

2.2 双馈式发电机的工作原理

2.3 双馈式发电机的等值电路

2.4 双馈式发电机的功率关系

2.5 双馈电机的数学模型

2.5.1 电压方程

2.5.2 磁链方程

2.5.3 运动方程

2.5.4 转矩方程

3 双馈式发电机的矢量控制策略

3.1 dq坐标系下的双馈机数学模型

3.2 双馈机输出功率的解耦控制

3.3 双PWM变频器及其控制策略

3.3.1 PWM整流器数学模型

3.3.2 双馈机电网侧变频器的控制

3.3.3 双馈机转子侧变频器及其控制

4 双馈式风力发电系统的数学建模与最大风能追踪控制

4.1 风速模型

4.1.1 基本风Vwb

4.1.2 阵风Vwg

4.1.3 渐变风Vwr

4.1.4 随机风Vwn

4.2 风力机模型

4.2.1 风能的计算

4.2.2 风能的贝茨理论

4.2.3 风力机的特性系数

4.3 传动装置模型

4.4 双馈机的最大风能追踪控制

4.4.1 变速恒频风力发电系统的运行区域

4.4.2 定浆距情况下风力发电系统最大风能追踪

5 双馈式风力发电系统的仿真研究

5.1 风速仿真

5.1.1 基本风仿真

5.1.2 阵风仿真

5.1.3 渐变风仿真

5.1.4 随机风仿真

5.2 最大风能追踪控制仿真

5.3 暂态特性仿真

6 结论与展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文