直驱变速恒频风电机组运行特性研究

【摘要】： 随着能源问题和环境问题的日益严峻,世界各国竞相大力发展可再生能源。风能是一种可再生,无污染的绿色能源。风力发电凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比逐步提高等优势得到了世界各国的广泛重视,是目前世界上发展得最快的可再生能源。 本文参阅了大量的中英文资料,对风力发电的背景,国内外现状及发展动态作了较为全面的阐述。总结了低速直驱型永磁风力发电机发电系统的优越性。由于永磁风力发电机在国内的应用还并不多见,仅有一些发达国家掌握主要的技术,对永磁发电机系统特性的研究具有广泛的理论意义和实用价值。 直驱型风力发电机组在运行时,风机不接增速齿轮箱,直接与发电机耦合;发电机的定子为三相或多相绕组,转子采用永磁体或电励磁结构;定子发出非工频的电能,电压也随转速变化;系统中有整流逆变装置,发电机发出的电能是电压和频率都在变化的交流电,经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网;通过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率,实时满足电网的功率需要。在变速恒频直驱风力发电机组中,整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等。 本文建立了风速模型、风力机模型、永磁发电机模型等。通过对直驱型变速恒频风力发电机组各组成部分的仿真研究,得到直驱型变速恒频风力发电机组稳态运行特性曲线。仿真结果说明了直驱型变速恒频风力发电机组模型的正确性以及良好的运行特性;同时在论文的最后,针对1.5MW的永磁同步发电机做了运行实验,实验结果表明该机组有很好的运行稳定性与控制性。 【关键词】：风力发电 直驱 永磁同步发电机 数学模型
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题来源与目的10-11
• 1.2 风力发电现状11-13
• 1.3 典型变速恒频风电系统13-20
• 1.3.1 双馈式变速恒频风力发电系统13-15
• 1.3.2 双馈式风力发电机组特点15
• 1.3.3 直驱式变速恒频风力发电系统15-17
• 1.3.4 直驱式风力发电机组特点17-18
• 1.3.5 半直驱式变速恒频风力发电系统18-19
• 1.3.6 半直驱式风力发电机组特点19-20
• 1.4 研究方法与主要内容20-21
• 第二章 传动系统仿真研究21-38
• 2.1 风速模型的建立与仿真21-26
• 2.1.1 阵风模型建立22-23
• 2.1.2 渐进风模型建立23-24
• 2.1.3 随机风模型建立24-26
• 2.2 风能基础理论26-38
• 2.2.1 风能计算26-27
• 2.2.2 最大风能追踪原理27-30
• 2.2.3 桨叶的几何参数和空气动力特性30-33
• 2.2.4 传动系统建模仿真33-38
• 第三章 直驱机组变速恒频原理及运行特性38-43
• 3.1 直驱机组变速恒频控制原理38-39
• 3.2 直驱机组变速恒频运行特性39-43
• 3.2.1 最大功率输出模式40-42
• 3.2.2 额定功率输出模式42-43
• 第四章 永磁同步发电机仿真研究43-61
• 4.1 永磁同步发电机结构与特点43-47
• 4.1.1 永磁同步发电机结构43-46
• 4.1.2 永磁同步发电机特点46-47
• 4.2 永磁同步发电机运行性能分析47-51
• 4.2.1 励磁电动势和气隙合成电动势47-48
• 4.2.2 交、直轴电枢反应及电枢反应电抗48-50
• 4.2.3 固有电压调整率和降低措施50-51
• 4.3 永磁同步发电机模型51-54
• 4.3.1 永磁同步发电机等效电路51-52
• 4.3.2 永磁同步发电机数学模型52-54
• 4.4 基于matlab的永磁同步发电机仿真研究54-61
• 第五章 永磁同步发电机实验61-68
• 5.1 实验设备介绍61-63
• 5.2 ABB电控系统介绍63-66
• 5.2.1 ABB变流器硬件构成63-64
• 5.2.2 ABB电控系统术语64-65
• 5.2.3 过热保护和短路保护65-66
• 5.3 实验结果66-68
• 第六章 结论68-69
• 参考文献69-71
• 附录A 永磁发电机仿真程序71-91
• 在学研究成果91-92
• 致谢92

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