交流励磁变速恒频风电系统研究

【摘要】： 随着风力机组单机容量的不断增大，提高发电效率已是风力发电研究的重要内容。采用变桨距风力机实现最大风能捕获和利用的变速恒频发电已成为当前风电技术的研究热点。本文采用交流励磁双馈发电机的技术方案，从仿真到试验、从理论到实践全面介绍了双馈发电机交流励磁变速恒频风电系统中的关键技术。 论文首先分析了风机运行特性及其最佳风能利用原理，通过仿真及实验验证了采用直流电机的输出特性模拟风力机的最大输出功率曲线的可行性，并给出了模拟系统的硬件结构；然后为了实现交流励磁发电机有功、无功功率独立调节机理，分析了交流励磁双馈发电机的数学模型和在追踪最大风能捕获变速恒频风力发电时必需的定子磁链定向矢量控制策略；针对双馈发电机转子能量双向流动的要求，提出并设计了具有能量双向流动能力的双PWM交流励磁用变频器；最后为实现从理论到实践的全面研究，研制出了一套小功率完整的双PWM变频器交流励磁的双馈风力发电机实验系统，进行了空载、并网、同步速及上、下的发电运行等一系列的运行实验；所完成的仿真和实验研究均验证了理论、模型和控制策略的正确性、可行性。 【关键词】：交流励磁 变速恒频 风力发电 绕线式双馈电机 双PWM变频器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 第一章 绪论7-22
• 1.1 风力发电事业的历史和现状7-10
• 1.1.1 国外风力发电的现状和发展趋势7-9
• 1.1.2 国内风力发电的现状和发展动态9-10
• 1.2 风力发电技术的现状和发展方向10-20
• 1.2.1 风力发电技术的研究发展现状10-12
• 1.2.2 风力发电技术发展趋势12-20
• 1.2.3 风力发电技术的当前形势和新的发展趋势20
• 1.3 本文的主要研究内容20-22
• 1.3.1 选题意义20-21
• 1.3.2 主要研究内容21-22
• 第二章 交流励磁变速恒频风电系统最大风能追踪控制及风力机模拟22-40
• 2.1 风力机最大风能捕获控制机理22-27
• 2.1.1 风力机的最大风能捕获运行原理22-25
• 2.1.2 风力机的最大风能捕获运行机制25-27
• 2.2 风力机特性的直流电机模拟27-36
• 2.2.1 直流电机模拟风力机特性的原理27
• 2.2.2 风力机特性直流电机模拟的仿真27-29
• 2.2.3 风力机直流电机模拟的控制策略29-30
• 2.2.4 直流电机模拟风力机特性系统的硬件构建30-32
• 2.2.5 上位机监控管理程序32-35
• 2.2.6 直流电机模拟风力机系统的试验35-36
• 2.3 实验室条件下的最大风能追踪控制策略及仿真36-39
• 2.3.1 实验室条件下的最大风能追踪控制策略36
• 2.3.2 实验室条件下最大风能追踪控制系统的仿真36-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 交流励磁发电机的基本理论40-54
• 3.1 交流励磁发电机原理及其变速恒频运行的基本原理40-45
• 3.1.1 交流励磁发电机基本原理及优点40-42
• 3.1.2 交流励磁发电机的应用42-43
• 3.1.3 交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理43-45
• 3.2 交流励磁双PWH变频器45-46
• 3.3 交流励磁发电机定子磁链定向矢量控制策略46-53
• 3.3.1 交流励磁发电机的数学模型47-48
• 3.3.2 交流励磁发电机定子磁链定向矢量控制48-51
• 3.3.3 交流励磁发电机空载并网控制51-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 交流励磁变速恒频风力发电系统的设计54-75
• 4.1 交流励磁变速恒频风力发电系统的硬件总体框架54-64
• 4.1.1 实验机组55-56
• 4.1.2 主回路设计56
• 4.1.3 IPM驱动和隔离电路56-57
• 4.1.4 信号检测电路57-59
• 4.1.5 系统保护的实现59-61
• 4.1.6 PC机和DSP数字信号处理器的通讯接口电路设计61-62
• 4.1.7 DSP数字控制器62-64
• 4.2 交流励磁变速恒频风力发电控制系统的软件编程64-69
• 4.2.1 转子侧变换器的控制程序框图64-65
• 4.2.2 各功能模块子程序算法设计65-69
• 4.3 交流励磁变速恒频风力发电系统的运行实验研究69-74
• 4.3.1 亚同步速69-72
• 4.3.2 同步速72
• 4.3.3 超同步速72-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 本文的主要工作75-76
• 5.2 进一步工作的设想76-77
• 参考文献77-81
• 附录81-82
• 致谢82

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