直驱及双馈风力发电系统模拟平台的设计

摘要

风力发电技术作为研究将风的动能转换为电能的技术，近年来越来越受到关注，研究风力发电的核心技术是我国风力发电产业进一步发展的关键。核心控制算法的研究可以通过计算机软件仿真和现场机组运行的方式进行研究，但全数字式仿真和纯物理实验都存在弊端，不是算法研究的最佳手段。将软硬件结合，搭建用以验证机组控制策略与算法的模拟平台是解决这一问题的有效途径。
　　为了对直驱和双馈风力发电系统的控制策略进行设计，本文建立了一个能模拟风电场风能特性和风力机特性的风力发电模拟平台。平台采用异步电机与永磁电机对拖的方式进行设计，将风力发电系统的控制策略加载到对电机的控制中，通过改变异步电机和永磁电机的工作模式模拟不同的风力发电系统。以平台设计为中心，本文从以下几个方面开展了研究工作：
　　(1)提出模拟平台的结构，根据风力发电系统工作原理对平台主要组成部分进行研究，将变桨控制策略加入风力机模拟控制器的设计中，将转矩控制策略加入发电机转矩控制器的设计，基于矢量控制原理和空间矢量调制原理对电机控制器进行设计；
　　(2)为了验证模拟平台中风力机模拟器、发电机转矩控制器和电机控制器等模块设计的正确性，在Matlab/Simulink中分别搭建了直驱和双馈风力发电系统仿真模型，进行了风力机模拟器转矩特性分析，验证了风速模拟、风力机模拟以及各控制器关键参数设置的正确性，为模拟平台的建立提供依据；
　　(3)从硬件构成和软件功能两个方面对物理平台的搭建进行设计，介绍了硬件选型和电机控制器设计，研究了用于电机控制器程序设计的 Simulink模型直接代码生成方法，完成了上位机功能设计和控制器程序设计。
　　基于上面的研究工作，本文完成了1.1kW异步电机与1.1kW的永磁电机对拖的直驱风力发电系统模拟平台的搭建与调试，通过模拟直驱风力发电系统的最大风能跟踪特性和变桨控制特性验证了平台设计的正确性，为控制策略的设计提供了良好的接口。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2风力发电系统模拟平台的研究现状

1.3本文研究思路与组织结构

第二章 风力发电系统模拟平台结构

2.1模拟平台结构

2.2风力机特性模拟

2.3本章小结

第三章 风力发电系统模拟平台研究

3.1风速模拟

3.2风力机模拟控制器研究

3.3电机控制器设计原理

3.4发电机转矩控制器研究

3.5本章小结

第四章 风力发电系统模拟平台的模型设计与仿真

4.1模型仿真分析

4.2风力发电系统模型的搭建

4.3直驱风力发电系统仿真

4.4双馈风力发电系统仿真

4.5本章小结

第五章 风力发电系统模拟平台的实现

5.1风力发电系统模拟平台的硬件构成

5.2风力发电系统模拟平台的软件设计

5.3直驱风力发电模拟系统实验结果与分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果