大功率风能转换实验系统的建模与仿真.pdf

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1、机械设计与制造第1期162MachineryDesign＆Manufacture2013年1月大功率风能转换实验系统的建模与仿真杨飞，王武，张元敏(许昌学院电气信息工程学院，河南许昌461000)摘要：风速的随机性和不确定性会导致风电场输出功率的随机波动，可能影响电网的安全运行和电能质量，在大型风电项目建设之前进行建模和仿真具有重要的指导意义。分析了风能转换系统的系统构架，给出了风力机空气动力学特性和建模方法，建立了传动链数学模型和感应发电机的数学模型。以MATLAB／Simulink为研究工具，设计了鼠笼式感应发电机的矢量控制系统，构建了转矩环、速度环和功率

2、环控制器，仿真结果表明，该系统能实现大功率风能转换系统的最优控制特性跟踪。关键词：风能转换系统；建模与仿真；鼠笼式感应电机；矢量控制，I控制策略中图分类号：TH16；TP273文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)O1—0162—03ModelingandSimulationofLargeWindEnergyConversionSystemYANGFei，WANGWu，ZHANGYuan—Min(SchoolofElectricalandInformationEngineering，XuchangUniversity，HenanXuchang4

3、61000，China)Abstract：F／uctuationanduncertaintyoJ'ethecharacteristicsofwindenergywhichco2,tsewindenergyoutputpowerfluctuation，whicheveninfluencethegridstabilityandpowerquality，SOmodelingandsimulationhaveimportantguidingsignificaneeforlargewindpowerproject．Thestructureofwindenergyconv

4、ersionsystem(WECS)wasanalyzedand￡^ewindturbinemodelwasbuiltupafterresearchingthewindturbinecharacteristics，alsothemathematicalmodelofdr&etrainandsquirrel-cageinductiongenerator(SCIG)wascreated．ThevectorcontrolsystemnsdesignedwithMATLAB／Simulinkplatformandthetorquecontroller，speedcon

5、trollerandpowercontrollerWasdesigned，andthesimulationresultshowsthiscontrolsystemCanrealizeoptimalcontrolforlargewindenergyconvenionsystem．KeyWords：WindEnergyConversionSystem；ModelingAndSimulation；Squirrel--CageInductionGenerator；VectorControl；ControlStrategies和损失系统的稳定性。国内外对风能转换系统的研

6、究热点是系统1引言优化设计和先进控制策略。文献为了实现额定风速以下风能转换在能源日益紧张，环境污染日益严重的今天，可再生能源的系统风能捕获率的最大化，根据风速的多时间尺度特性，基于频开发利用逐渐提上人类可持续发展的日程，其中作为绿色能源风能的利用更以其突出的优点而受到格外的关注『l1。中国风能资源率分离原理建立了风能转换系统的双频环模型。并针对低频环和丰富，可开发利用的风资源14亿kW，其中陆上6亿kW、海上8高频环分设优化控制器，实现了风能转换系统双频环滑模控制，亿kW。2008年中国累计装机容量达到1221万kW，其中并网发实现了风能捕获率最大化p】。文献

7、提出变桨距风电系统功率控制电的有894万kW。到2020年我国风电装机将达到1．5亿kW。随的逆系统鲁棒方法，可以在风速任意波动条件下有效地控制风电着国家对风电产业的政策扶持和政策导向力度的加大，近年来，系统的输出功率，并且对系统参数的大范围扰动具有较强的鲁棒我国风电市场高速发展。但同时，我国风电国产化率有待提高，大性It]。文献开发了基于无源性的双馈风力发电机控制系统，能够高型风力发电机组主要依赖进口，创新能力不足已经成为制约我国速、有效实现最大风能捕获，同时对电机参数摄动及负载转矩变风力发电产业持续、快速发展的瓶颈之一。如何提高转化效率、获化具有很强的鲁棒

8、性。考虑到风能转化系统的实际研究中，存