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时间:2019-05-15
《变速恒频双馈风力发电系统的仿真研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、内容摘要本文对VSCF(变速恒频)双馈风力发电系统中的励磁控制技术进行了仿真研究,主要内容如下:在两相同步旋转坐标系dc-qc中,建立了基于定子磁场定向的双馈发电机的数学模型,并分析了实现发电机定子输出有功和无功功率独立调节的矢量控制方法。采用输入电流波形接近正弦且输入功率因数可调,输出电压频率、幅值和相位可以独立调节的基于双SVPWM(SVPWM(空间矢量脉冲宽度调制)整流-SVPWM逆变)的交-直-交双向变换器作为励磁电源;并分析了交-直-交双向变换器直流侧电容和网侧电感的设计方法。分析了VSCF双馈风力发电机在额定风速下的控制过程;利用仿真软件
2、MATLAB/SIMULINK构建了双馈发电机的仿真模型,仿真结果显示了基于矢量控制的双馈发电机对定子输出有功功率、定子侧功率因数和转差率的单独调节都能做出快速响应并保持良好跟踪;建立了基于双SVPWM的交-直-交双向变换器励磁和定子磁场定向矢量控制的VSCF双馈风力发电系统的仿真模型,对在亚同步速、超同步速和跨越同步速三种发电状态下的定子输出有功和无功功率的调节特性进行了仿真分析,仿真结果进一步验证了系统控制策略的可行性;并与采用基于双SPWM(SPWM(正弦脉冲宽度调制)整流-SPWM逆变)的交-直-交双向变换器进行了比较分析,仿真结果显示了基于
3、双SVPWM的交-直-交双向变换器具有较高的直流电压利用率和较低的励磁电压(电流)THD(总谐波畸变系数),更好地满足了VSCF双馈风力发电机的励磁控制特性。本文的工作为VSCF双馈风力发电系统中励磁控制技术的应用研究提供了参考。关键词:变速恒频风力发电矢量控制双向变换器空间矢量脉冲宽度调制II三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明,本人
4、完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名:日期:I引言能源是国民经济的基础,对于国家经济发展和提高人民生活水平极为重要。但是在经济高速增长的情况下,我国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。走可持续发展道路、在确保社会不断进步发展的同时保护生态环境不被破坏己经成为越来越多国家的共识。因此,尽可能多地利用清洁能源代替化石能源是当今世界能源发展的必然趋势。风能广泛存在且能自由索取。在风能利用中,最完善的方案是把风能转换为电能,并且送到电网中去。风力发电已在诸多可再生能源发电方式中独树一帜,成为对常规能源最具有竞争力的新能源发电方式。从世
5、界范围看,欧洲和北美在开发和利用风力发电方面处于世界领先地位,尤其是欧洲的丹麦、德国和英国以及美国。随着风力发电机单机容量的增大,风力机已采用变桨矩控制,为实现最大风能捕获运行创造了条件。在追踪最大风能的运行中,为了保证其最佳运行状态、提高风力[1]发电机组的使用效率并且改善电网电能质量,必须实现VSCF(变速恒频)发电,交流励磁双馈发电机是一种最佳的选择。基于双PWM(PWM(脉冲宽度调制)整流-PWM逆变)的交-直-交双向变换器,具有输入电流波形接近正弦和输入功率因数可调且输出电压频率、幅值和相位可以独立调节的特性,将其作为励磁电源,可以满足交流
6、励磁双馈发电系统对励磁变换器功率双向流动及变换器输入和输出电流谐波含量少、谐波幅值小的要求,在当今电力电子技术水平的支持下,已成为最具实用价值的电源方案。因此,研究和探讨该种励磁控制技术及其相关控制原理正是本论文的选题背景。11绪论1.1变速恒频风力发电系统的特点及研究现状在风力发电中,当风力发电机与电网并联运行时,要求风电频率保持为恒定的电网频率。因此风力发电分为CSCF(恒速恒频)发电和VSCF发电。CSCF发电是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变,从而得到和电网频率一致的恒频电能。CSCF发电系统一般来说比较简单,所采用的发电机主要是同步发
7、电机和鼠笼型感应发电机。前者运行于由电机极对数和频率所决定的同步转速,后者则以稍高于同步转速的速度运行。VSCF发电是指在风力发电过程中发电机的转速可以随风速变化,通过一定的控制方式得到和电网频率一致的恒频电能。VSCF发电是20世纪末发展起来的一种新型发电方式,它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中,改变了以往恒速才能恒频的传统发电观念,在变水头的水力发电、能量随机变化的风力发电,以及舰船、飞机和车辆等变速主轴驱动的特殊发电场合中获得了越来[2]-[4]越广泛的应用,并表现出了卓越的运行性能,成为电力技术研究中的热点
8、。[5]在风力发电应用中,和CSCF技术相比,VSCF技术更表现出了其独特的优越性:1)风能是一种具有随机性
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