新型风力发电调速装置及其控制策略研究

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1、分类号：TM614密级：UDC：621.3编号：河北工业大学硕士学位论文新型风力发电调速装置及其控制策略研究论文作者：赵蕾学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：控制工程指导教师：王华君职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofControlEngineeringSTUDYONANEWWEINDPOWERSPEEDERANDIT’SCONTROLSTRATEGYbyZhaoLeiSupervisor:Prof.WangHuajunDecember2014河北工业大

2、学硕士学位论文摘要当前全球面临着能源资源短缺、环境污染严重等问题，为了解决这一难题，各国积极致力于可再生能源的利用其中风能产业的发展尤为突出。目前风力发电技术主要是通过变流器实现变速恒频发电，据统计变流器故障是现在风电机组的主要故障之一，且变流器引起的电能质量问题将会严重制约着风电技术的大规模发展。为此逐渐提出了无变流器的调速型同步机风力发电系统，该系统通过在发电机前面加一个调速装置使得发电机获得恒定的输入转速，从而使发电机输出恒定的频率，但是目前存在的用于同步风力发电系统的调速装置存在着结构复杂、制造成本较高等问题。本文在无刷双转子电机的基础上提出了一种新型的用于

3、同步风力发电系统的无刷调速装置，主要成果如下：首先，介绍风力发电技术的发展现状，提出新型调速装置的概念设计理念，并通过理论分析和实验两个方面验证了调速装置原理的可行性。其次，详细分析了调速装置的数学模型，结合转子磁场定向控制的方法，提出调速装置的控制策略，并用Matlab/simulink软件进行了仿真。仿真结果表明，当风轮转速发生变化时，通过对变频器进行控制，调速装置可以实现变速到恒速的控制目标。此外还分析了调速装置功率、转速之间的关系，并在此基础上推导出调速装置变频器的容量和整个装置容量之间的关系。最后，结合调速装置，阐述了调速型同步机风力发电系统的基本结构及同

4、步风力发电机组能量流动；对比不同风力发电机组的性能，指出了无变流器风力发电系统的优越性；推导出同步风力发电机组的整体效率。关键词：同步风力发电系统调速装置矢量控制变频器Matlab/simulinkI新型风力发电调速装置及其控制策略研究ABSTRACTFacedwiththeshortageofenergy,environemntalpollutionandotherissues,countriesareactivelyengagedinthedevelopmentofrenewableenergyandthewindenergyindustryisparticul

5、arlyprominent.Nowthetechnologyofvariablespeedconstantfrequency(VSCF)ismainlyachievedthroughtheconverter,butconverterfailureisoneofthemajorfailuresofwindturbines,andpowerqualityproblemscausedbyconverterseriouslyrestrictthelarge-scaledevelopmentofwindpowertechnology.Tosolvetheseproblems,

6、thewindpowersystemthatusesynchronousgeneratorwithoutconverterisproposed.Thesystemcangainaconstantfrequencybyaddingaspeederdeviceinfrontofthegenerator.Whiletheexistingspeederdevicehascomplexstructure,highermanufacturingcostsandotherissues.Thisthesispresentsanewbrushlessspeederwhichisbas

7、edonthedual-rotorbrushlessmotor.Firstly,thisthesisdescribestheconceptualdesignofthespeeder,andverifiesthefeasibilityspeederprincipleonboththeoryandexperiment.Secondly,themathematicalmodelofthespeederhasbeenbuilt,andacontrolstrategyforspeedregulationisproposedbasedonrotorfieldoriented