基于永磁同步發(fā)電機的直驅(qū)式風電系統(tǒng)建模與仿真

【摘要】： 風能作為一種清潔的可再生能源,不僅可以緩解能源危機,而且有利于環(huán)保,可帶來直接的經(jīng)濟效益和社會效益,因此近年來受到各界廣泛關注,風電產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅猛。目前獲得廣泛應用的并網(wǎng)型風力發(fā)電系統(tǒng)多采用異步發(fā)電機,但是效率不高。并且由于必須采用升速齒輪箱,系統(tǒng)的可靠性不高。而采用永磁同步發(fā)電機的直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng),因其具有效率高、制造方便、控制效果好等優(yōu)點,逐漸成為人們研究的焦點。本文主要針對永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)系統(tǒng)進行建模和仿真研究。 風力發(fā)電系統(tǒng)包括兩個能量轉換過程,即風力機將風能轉換為機械能和發(fā)電機將機械能轉換為電能。本文通過研究風力機和永磁同步發(fā)電機各自的特性和運行機理,建立了永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學模型。具體包括風速數(shù)學模型、風力機數(shù)學模型、永磁同步發(fā)電機數(shù)學模型和電能轉換模塊數(shù)學模型,并在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了整個仿真系統(tǒng)的模型。文章提出了基于發(fā)電機轉子磁場定向的機側變流器矢量控制方法,實現(xiàn)了最大風能捕獲,提高了發(fā)電機的效率。同時本文對永磁直驅(qū)風力發(fā)電控制系統(tǒng)的無位置傳感器算法進行了深入研究,解決了由于安裝位置傳感器所帶來的轉動慣量增加,系統(tǒng)易受外界干擾,可靠性降低等問題。對于網(wǎng)側逆變器的控制,采取了直流電壓環(huán)和無功電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略,實現(xiàn)了將直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、同幅值的交流電,維持直流側電壓恒定,并能根據(jù)電網(wǎng)需求實現(xiàn)與電網(wǎng)間的無功交換的控制目標。 建模與仿真是研究分析機電系統(tǒng)性能的有效方法和重要手段。Matlab/Simulink仿真工具雖然提供了豐富的模塊庫,但電機均為傳統(tǒng)電機,如異步感應電機,繞線式同步電機,以及無刷雙饋電機等,不能直接用于永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)的仿真研究。本文基于Simulink仿真技術,構建了永磁同步發(fā)電機通用模塊,并進行封裝,從而為該種發(fā)電機系統(tǒng)的仿真研究提供了方便、可靠的工具。 通過以上研究,為建立具有我國自主知識產(chǎn)權的新型永磁直驅(qū)風電機組奠定了理論和試驗基礎。 【關鍵詞】：永磁同步發(fā)電機 直驅(qū)式風電系統(tǒng) 數(shù)學模型 建模仿真
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 插圖索引10-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 課題研究背景及研究意義12-13
• 1.1.1 課題研究背景12
• 1.1.2 課題意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外風力發(fā)電現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國內(nèi)風力發(fā)電現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國外風力發(fā)電現(xiàn)狀14-16
• 1.3 風力發(fā)電技術研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 發(fā)電機的變速恒頻發(fā)電技術16-17
• 1.3.2 目前國內(nèi)外常用的風電機組的主要類型17-19
• 1.3.3 風電技術的發(fā)展趨勢19-20
• 1.4 本文主要研究工作20-21
• 第2章 直驅(qū)式風電系統(tǒng)運行原理和數(shù)學建模21-36
• 2.1 直驅(qū)式風電系統(tǒng)的基本結構、運行原理和優(yōu)勢21-22
• 2.2 直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)幾種常用拓撲結構簡介22-25
• 2.2.1 不控整流后接逆變器拓撲分析22-23
• 2.2.2 不控整流后接DC/DC變換再接逆變器拓撲分析23-24
• 2.2.3 背靠背雙PWM變流器拓撲分析24
• 2.2.4 大功率變流器拓撲分析24-25
• 2.3 直驅(qū)式風電系統(tǒng)主要組成部分數(shù)學模型25-34
• 2.3.1 風速數(shù)學模型25-26
• 2.3.2 風力機數(shù)學模型26-28
• 2.3.3 軸系數(shù)學模型28
• 2.3.4 直驅(qū)式變速恒頻永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型28-30
• 2.3.5 直流環(huán)節(jié)30-31
• 2.3.6 全功率變流器數(shù)學模型31-34
• 2.4 本章小結34-36
• 第3章 永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)的控制策略分析36-50
• 3.1 風力機最大風能捕獲原理36-38
• 3.2 SVPWM空間矢量控制技術基本原理38-41
• 3.3 永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略41-49
• 3.3.1 變流器控制整體方案的提出41-43
• 3.3.2 網(wǎng)側電流環(huán)和電壓環(huán)設計43-46
• 3.3.3 交流側電感選擇46
• 3.3.4 直流側電容選擇46-47
• 3.3.5 轉子位置角的估計47-49
• 3.4 本章小結49-50
• 第4章 永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)建模與仿真分析50-64
• 4.1 風力發(fā)電系統(tǒng)建模和仿真概述50-55
• 4.1.1 進行建模仿真研究的必要性50-51
• 4.1.2 風電機組建模仿真方法及存在問題51-52
• 4.1.3 主要仿真軟件簡介52-53
• 4.1.4 風力發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真研究現(xiàn)狀53-55
• 4.2 直驅(qū)式風電系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)55-59
• 4.2.1 風力機的仿真模型55-56
• 4.2.2 永磁同步發(fā)電機的仿真模型56
• 4.2.3 SVPWM脈沖輸出仿真模型56-57
• 4.2.4 永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)整體仿真模型57-59
• 4.3 仿真結果分析59-63
• 4.4 本章小結63-64
• 總結與展望64-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-70
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄70-71

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