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双馈风电机组控制系统及变流器的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 19:04:25
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双馈风电机组控制系统及变流器的研究【摘要】:在能源短缺和环境污染日益严重的今天,作为可再生绿色能源的风能开发是具有非常重要意义的,风电技术也成为了各国学者所研究讨论的热门课题。本论

【摘要】:在能源短缺和环境污染日益严重的今天,作为可再生绿色能源的风能开发是具有非常重要意义的,风电技术也成为了各国学者所研究讨论的热门课题。本论文以交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制为主题,深入研究了双馈型异步发电机(DFIG)的结构与运行理论,并且运用矢量控制技术对双馈型异步发电机的有功、无功功率进行解耦控制。在基于SVPWM脉宽调制的基础上再结合逻辑脉冲封锁原理,本文提出了LVPWM(逻辑电压空间矢量脉宽调制)技术,并将其应用于风电系统的双PWM变流器中,验证了其可行性与优越性。 首先本文描述了交流励磁变速恒频风电系统的结构,对双馈型发电机(DFIG)的运行体系进行了理论分析,在讨论DFIG数学模型和等值电路的基础上,研究了其运行特性及功率关系,为双馈型发电机的功率控制和励磁变流器的设计提供理论基础。其次,在讨论风力机的运行特性及其数学模型的基础上,阐述了风力机捕获最大风能的原理。并在DFIG的运行控制中使用了磁场定向的矢量控制技术,形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略。 励磁变流器是实现双馈发电机控制的关键,它决定着控制系统及发电机输出电能的性能。本文在基于交流励磁变速恒频风电系统的运行特性上,研究设计了具有能量双向流动的双PWM变流器。讨论了两个变流器在功能与控制方案中的不同,网侧变流器采用以电网电压为定向的矢量控制和基于负载功率平衡的电流前馈控制技术,实现了交流侧的单位功率因素和直流母线电压的控制。两个变流器能够根据发电机的不同工作状况自动的完成整流/逆变(逆变/整流)状态切换,实现能量的双向流动。随后在SVPWM控制技术的基础上详细推导了LVPWM的实现原理,并用MATLAB仿真把它应用于励磁变流器中,验证了它的可行性与优越性。 在文章的最后讨论了风电系统中的低电压运行(LVRT)技术。分析了双馈型发电系统在电压闪变的情况下的数学模型。为以后研究低压穿越技术提供了理论分析的基础。 【关键词】:风力发电 变速恒频 双馈发电机 矢量控制 双PWM变换器 LVPWM控制技术 低压运行
【学位授予单位】:内蒙古科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM315
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 1 绪论10-18
  • 1.1 国内外风力发电的发展概况10-12
  • 1.1.1 世界风力发电的发展概况10-11
  • 1.1.2 中国风力发电的发展现状11-12
  • 1.2 风力发电系统分类12-13
  • 1.3 变速恒频风力发电系统13-17
  • 1.3.1 鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统13-14
  • 1.3.2 绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统14
  • 1.3.3 双馈型发电机变速恒频风力发电系统14-15
  • 1.3.4 无刷双馈发电机系统15-16
  • 1.3.5 同步直驱发电机变速恒频风电系统16-17
  • 1.4 本课题研究的主要内容17-18
  • 2 风电系统中的风力机与双馈型发电机的运行分析18-31
  • 2.1 变速恒频双馈风电系统中的风力机18-24
  • 2.1.1 风轮的气动特性18-20
  • 2.1.2 风力机的数学模型20-22
  • 2.1.3 风力机模型仿真22-24
  • 2.2 变速恒频双馈发电机24-31
  • 2.2.1 变速恒频双馈发电机原理概述24-25
  • 2.2.2 交流励磁双馈发电机等值电路与基本公式25-27
  • 2.2.3 双馈电机的运行方式和分类27-29
  • 2.2.4 双馈风力发电机系统的功率流向与能量关系29-31
  • 3 交流励磁变速恒频风力发电系统的矢量控制技术31-52
  • 3.1 矢量控制技术31-36
  • 3.1.1 空间矢量的概念32
  • 3.1.2 矢量控制的基本思路32-36
  • 3.2 双馈发电机的数学模型36-42
  • 3.2.1 三相静止坐标系下双馈发电机数学模型36-39
  • 3.2.2 坐标变换和变换阵39-40
  • 3.2.3 双馈发电机在两相旋转坐标系下的数学模型40-42
  • 3.3 以定子磁链定向的双馈发电机矢量控制42-46
  • 3.4 基于MATLAB/SIMUlink 的双馈型发电机风电系统仿真46-52
  • 4 交流励磁双PWM 变流器的矢量控制研究52-83
  • 4.1 变速恒频双馈风力发电机用交流励磁电源分析52-54
  • 4.2 网侧变流器的基本结构54-56
  • 4.3 网侧变流器的数学模型56-59
  • 4.3.1 三相静止坐标系下的数学模型56-57
  • 4.3.2 两相旋转坐标系下的数学模型57-59
  • 4.4 以电网电压为定向的网侧变流器的矢量控制59-61
  • 4.5 空间电压矢量调制的原理与实现61-83
  • 4.5.1 SVPWM 的基本原理及实现62-70
  • 4.5.2 LVPWM(逻辑电压空间矢量脉宽调制技术)原理及实现70-83
  • 5 低压穿越技术83-96
  • 5.1 风力发电系统并网运行标准规范83-84
  • 5.2 电网电压跌落对风力发电系统的影响84
  • 5.3 双馈型风力发电系统的低电压运行特性84-88
  • 5.4 DFIG 风力发电系统在电压闪变时数学模型及控制方法88-92
  • 5.5 电压跌落的检测技术92-96
  • 结论96-97
  • 参考文献97-100
  • 在学研究成果100-101
  • 致谢101


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