變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)最大風能捕獲控制研究

【摘要】：風能已成為電力系統(tǒng)增長最快的綠色能源和全球發(fā)展最快的可再生能源。其中，并網(wǎng)型雙饋式風力發(fā)電機組成為工業(yè)應(yīng)用最廣泛的變速恒頻風力發(fā)電機型。本文研究的內(nèi)容為變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中最大風能捕獲問題。本文從風力機、雙饋發(fā)電機、最大風能捕捉控制方法出發(fā)探討變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中最大風能捕獲。 風能的獲取和傳遞一般經(jīng)過風能轉(zhuǎn)化為機械能，再從機械能轉(zhuǎn)化為電能兩個主要過程，風機是吸收風能并將其轉(zhuǎn)化為機械能的部件。本文介紹了變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中風力機的結(jié)構(gòu)、風能轉(zhuǎn)換原理、發(fā)電機的數(shù)學建模。 本文介紹了發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及其工作特性。發(fā)電機的定子直接連在電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組通過集電環(huán)經(jīng)變流器與電網(wǎng)相連，通過控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值、相位和相序?qū)崿F(xiàn)變速恒頻控制。同時，為良好的配合功率控制，達到最大風能捕獲的目的，本文采用定子磁場定向方式進行矢量控制，通過坐標變換和磁場定向，將DFIG(double fed induction generator)定子電流分解成相互解耦的有功分量和無功分量，分別對這兩個分量控制就可以實現(xiàn)P、Q解耦。 對最大風能追蹤所采用方案的比較后，本文采用了一種通過DFIG功率控制來實現(xiàn)最大風能追蹤。對控制方案的確定后，最后介紹了DFIG運行控制系統(tǒng)中電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)采用的PI控制器的設(shè)計，為后續(xù)的建模與仿真提供了完整的依據(jù)。 最后，運用Matlab/Simulink仿真軟件對本系統(tǒng)進行了最大風能捕獲的仿真。本文通過分別對隨機風速，以及階躍風速的仿真過程分析，可以得到系統(tǒng)能根據(jù)風速的變化，依據(jù)風力機輸出功率特性曲線，準確的追蹤最大風能，實現(xiàn)了最大風能的追蹤。 【關(guān)鍵詞】：風力發(fā)電 變速恒頻 雙饋發(fā)電機 最大風能捕捉 矢量控制
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 風力發(fā)電發(fā)展與現(xiàn)狀8-10
• 1.1.1 風力發(fā)電的歷史8
• 1.1.2 風力發(fā)電的現(xiàn)狀8-10
• 1.2 風電的環(huán)境與社會效益10-12
• 1.2.1 風電的環(huán)境效益10-11
• 1.2.2 風電的社會效益11-12
• 1.3 風電場12-13
• 1.4 風力發(fā)電系統(tǒng)13-17
• 1.4.1 風力機組的分類13-14
• 1.4.2 風力發(fā)電機組的總體結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4.3 風力發(fā)電機組的控制技術(shù)15-17
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容17-19
• 第2章 風力機19-26
• 2.1 風力機的結(jié)構(gòu)特征19-21
• 2.1.1 風輪19-20
• 2.1.2 機艙及其安裝部件20
• 2.1.3 塔架與基礎(chǔ)20-21
• 2.2 風力機的能量轉(zhuǎn)換過程21-25
• 2.2.1 風能的簡單分析21
• 2.2.2 動量模型21-25
• 2.3 風力機的數(shù)學模型25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 雙饋風力發(fā)電機(DFIG)26-43
• 3.1 交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻系統(tǒng)26-28
• 3.2 DFIG 的結(jié)構(gòu)與工作特性28-31
• 3.2.1 DFIG 的結(jié)構(gòu)28-30
• 3.2.2 DFIG 的工作原理30
• 3.2.3 DFIG 的功率分析30-31
• 3.3 DFIG 的動態(tài)數(shù)學模型31-39
• 3.3.1 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下 DFIG 動態(tài)數(shù)學模型32-39
• 3.4 DFIG 的矢量控制39-42
• 3.4.1 DFIG 的控制策略39
• 3.4.2 基于磁場定向矢量控制的發(fā)電機的有功功率無功功率解耦控制39-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 最大風能捕獲及其控制器的設(shè)計43-50
• 4.1 風力發(fā)電機的運行狀態(tài)43-44
• 4.2 最優(yōu)風能功率捕獲控制44-45
• 4.3 最大風能捕獲控制實施方案45-46
• 4.4 DFIG 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器及其控制策略46-49
• 4.4.1 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器 PI 調(diào)節(jié)器設(shè)計47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第5章 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究50-56
• 5.1 MATLAB50-51
• 5.2 雙饋異步發(fā)電機磁場矢量控制系統(tǒng)的仿真模型51-52
• 5.3 基于 Simulink 的最大風能捕捉仿真結(jié)果52-55
• 5.3.1 風力機的最大風能追蹤響應(yīng)52-53
• 5.3.2 最大風能追蹤的仿真實驗53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第6章 總結(jié)56-58
• 參考文獻58-62
• 致謝62-63
• 附錄 變速恒頻風力機矢量控制圖63

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