风电双电源系统能量分布和控制系统

【摘要】：随着石化能源的逐渐枯竭以及人们对环保的日益重视,人们越来越意识到节能降耗和利用清洁可再生能源的重要性。继而摆在油田这样用电大户面前最主要的问题就是如何降低成本提高效益,因此节能就成了油田企业所面临的一个重大课题。在机采系统方面,抽油机、电潜泵是耗电大户,因此降低生产设备的用电量,是实现节能目标的关键。风能作为一种清洁的可再生能源,储量巨大,极具发展前景。但由于风速的不稳定性,导致了在风力发电的过程中,无法提供稳定的电力,因此也不能直接用来给负载供电。针对这个问题,传统的解决办法是当风电不足时,切断风电改为网电供电,因此风电的利用率很低。本文的最终目标是将风电直接应用于抽油设备,通过设计可靠的控制装置,根据负荷和风速的变化情况自动调整风电和网电部分所带的负荷的百分比,实现风能效能的最大利用,降低成本,达到节能增效的目的。 本文的创新之处在于通过设计一个控制器对网电电压进行实时调控,使风电和网电的配合变得高效。主要的研究内容如下： (1)研究了基于三相电压型的PWM整流器的原理及设计方法。包括PWM整流器的基本结构、特点和分类,对整流原理、坐标变换原理、双闭环控制设计的原理、DQ前馈解耦等内容作了阐述。在MATLAB/SIMUlink环境下建立基于三相电压型PWM整流器的电路并对其进行了仿真。 (2)研究了SVPWM整流器的设计算法,并在MATLAB/SIMUlink的环境下完成了SVPWM整流器的设计,通过仿真验证了SVPWM模型的正确性。 (3)在MATLAB/SIMUlink仿真平台用同步发电机模拟搭建了风力发电机模型,设计了风侧输入参考电压控制器,实现了风侧对网侧的可靠跟踪,仿真得出波形并分析风电双电源系统能量分布特点。并通过控制网电侧整流器的开关,使风电侧和网电侧在不同风速实现功率互补,保证负载的正常运行。 传统的网电替代风电供电的方法大大降低了风能的利用率,通过本课题的设计,可以使风侧和网侧并联直接带动负载,通过控制器调节网侧的电压来抑制风侧电压的波动,从而在不切断风能的情况下,保证了负载的正常运行。通过本文中的MATLAB/SIMIUlink仿真结果可知,这种方法是切实可行的,而且使用这种方法替代传统的控制方法,将会节省大量的电能,为油田的生产带来可观的经济效益。 【关键词】：风力发电 SVPWM整流 同步发电机 功率互补
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 前言8-13
• 1.1 课题研究的目的和意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.3 各章节内容安排12-13
• 第二章 基于三相电压型PWM整流器原理及其设计13-34
• 2.1 PWM整流器的简介、基本结构图及分类13-14
• 2.2 PWM四象限运行机理14-15
• 2.3 单相全桥PWM整流电路15-16
• 2.4 基于三相电压型PWM整流器优点分析及其应用16-17
• 2.5 基于三相电压型PWM整流器原理17-23
• 2.6 坐标变换原理23-27
• 2.7 DQ前馈解耦27-29
• 2.8 控制系统调节器的双闭环设计29-34
• 第三章 基于MATLAB/SIMUlink环境的SVPWM整流器设计34-40
• 3.1 SVPWM整流器设计算法34-35
• 3.2 在SIMUlink中实现基于C MEX S-函数的SVPWM的模型仿真35-37
• 3.3 仿真结果37-40
• 第四章 基于MATLAB/SIMUlink风机电能利用率的研究和分析40-49
• 4.1 风电网电相互配合工作理论分析40
• 4.2 基于MATLAB/SIMUlink风机电能利用率的研究40-49
• 第五章 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-54
• 学位论文评阅及答辩情况表54

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