变速恒频风力发电系统运行控制及仿真的分析论文

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文变速恒频风力发电系统的运行控制及仿真分析摘要在人类面临能源、环境两大紧迫问题的今天，被人们誉为绿色、环保的能源，如风能，水能以及太阳能等洁净能源的利用日益受到人们的重视。风能作为一种可再生的清洁能源，具有巨大的商业潜力和环保效，益。我国的风能资源丰富，可利用的潜能很大，大力发展风电、水电是我国长期的能源政策。风力发电的快速发展己有将近20年的历史，其中基于变速恒频技术的交流励磁风力发电机的发电方案己经成为风力发电的一大重点课题。采用变速恒频技术后可大大提高风能的利用率，改善电力系统的稳定性。由于转子转速可调、

2、具有独立的有功、无功调节能力，特别适用于风力发电、抽水蓄能电站等场合。本文首先全面介绍了应用于变速恒频风力发电系统的电机一双馈电机(工作在发电状态时也叫做交流励磁发电机)的基本原理以及各种工作状态。重点分析了双馈电机作变速恒频运行时的工作原理，阐述了其与同步发电机、异步发电机的不同之处，分析了其能量平衡关系，得出了电机在A--B--C坐标系下的数学模型；通过坐标变换，详细推导了双馈电机在两相同步旋转d—q坐标系下的动态数学模型，利用电机定子磁场定向的矢量控制技术，并结合最大风能捕获原理，构建了其有功功率太原理工大学硕士研究生学位论文和无功

3、功率解耦控制的双闭环串级PI调节控制方案。实现了双馈发电机有功功率和无功功率的解耦控制。其次，作为变速恒频风电机组电控系统的核心部件，双PWIVl变频器可使转子励磁电源的输入输出特性更好，电力谐波更小，调速调频范围更宽以及实现能量的双向传输。其中，转子侧变频器担负双馈发电机的矢量控制任务，实现最大风能捕获和定子输出无功的独立调节；网侧变频器则通过直流环节完成转子及转子侧变频器与电网间的能量交换。因此，本文还重点分析了三相PWIVl变频器在同步d—q坐标系中的数学模型，并采用电网电压矢量定向的方法，建立、设计了两相同步坐标系下网侧变频器的P

4、I调节控制系统，使双PWM变频器协调工作。此外，由于风能的随机性、风电机组运行无人现场职守和电力系统运行高可靠性等要求，建立风力发电机组仿真模型是十分重要的。随着电力系统越来越庞大，控制系统越来越复杂的发展趋势，利用仿真来检验控制系统，分析其对发电机甚至是整个电网的影响对实际工作具有重要意义。同时，仿真系统可为某种控制策略以及参数的调整提供仿真的“试验”平台。因此，本文利用M触【LAB／SIMULINK的软件平台，在进行风速和风力机特性仿真的同时，构造了整个变速恒频风力发电机组系统的仿真模型，仿真分析了在不同风速下，发电机对应的低于、等于

5、、高于电机同步速的发电工作状态并得到了相关的输出特性。还对变速恒频和恒速恒频技术在风力机捕获风能大小的方面进行了仿真分析比较。以上的仿真结果表明，发电机转速可以控制在更接近于理论最佳角速度太原理工大学硕士研究生学位论文的水平上，实现了风电机组变速恒频的最大风能追踪控制；本文所采用电机定子磁场定向的矢量控制和双PwM变频器协调控制的变速恒频风力发电系统具有许多优越性和一定的可行性。可见，风电机组的动态仿真对风电机组的设计、制造、控制、保护以及测量都是必不可少的，具有重要的理论参考价值和实际意义。关键词：风力发电，变速恒频，双馈电机，矢量控制

6、，最大风能捕获，双PWM变频器太原理工大学硕士研究生学位论文OPERATIONCONTROLANDSIⅣ[L几ArIONANAIjySISOFVARIABLE-SPEEDCONSTANT-FREQUENCYWINDPOⅥ，ERGENERATIONSYSTERMABSTRACTNowadays，underthestressofenergyandenvironment，peoplepaymoreandmoreattentiontotheuseoftheenergyregeneratedgreenandcleannesssuchaswinden

7、ergy，waterenergyandsolarenergyetc．Windasarecycledenergyresource，haslargemercantilepotentialandenvironmentalbenefits．Thewindresourceofourcountryisplenty,whichhaslargepotentialtobeutilized．Todevelopwindelectricityandwaterelectricityisalong—termenergyresourcepolicyinourcount

8、ryThewindpowergenerationprojectshavebeendevelopedathighratefor20years．Developmentofthevariable—s