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变速恒频双馈风力发电最大风能追踪研究

作　者: 张薇
导　师: 马洪飞
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电 变速恒频 双馈电机 风力机模拟 最大风能追踪
分类号: TK89
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 1247次
引　用: 12次
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内容摘要


随着世界各国对能源需求的持续增长,煤炭、石油等常规能源的逐渐枯竭,以及环境污染问题的日益严重,人类越来越重视可再生能源的利用,作为绿色能源的风能的开发,就成为人们关注的热点。风力发电是利用风能的一种有效形式,风力机的固有特性决定了其在不同转速下捕获的风能不同。为最大程度地利用风能,最大风能追踪的研究逐渐成为提高风力发电效率的有效途径。本文介绍了风力发电的发展趋势以及最大风能追踪相关技术的研究现状。在掌握变速恒频风力发电基本原理的基础上,对不同功率下机组的运行状态、风能的获取与传递过程、风力机特性以及最大风能追踪原理进行了详细的分析,建立了d-q坐标系下的双馈电机模型,提出了基于电网电压定向矢量控制的有功、无功功率解耦控制算法。本文分析了风力机的运行原理,建立了定桨距风力机模型,制定了简单有效的转速、转矩控制模拟方案,搭建了基于DSP和直流电动机的风力机模拟平台,应用LABWINDOWS开发了上位机控制界面,并应用于基于交流励磁双馈发电技术的变速恒频并网风力发电系统。实现了模拟风力机在不同风速、不同转速下的运行状态,满足了进行风力发电系统最大风能追踪等方面研究和设计的需要。在自行开发的风力机模拟平台上进行了发电机在同步、超同步、亚同步状态运行实验,不同风速下以及变风速、变转速下的风力机模拟实验,并取得了预期的效果。本文对最大风能追踪的相关技术进行了深入的研究,制定了无需检测风速的有效方案,确定了通过交流励磁双馈电机的功率控制来实现最大风能追踪,所开发的风力机模拟平台可方便地应用于实验室条件下进行最大风能追踪的研究,从而提高了风力发电系统研究开发的效率和有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题的背景及意义  9-11
  1.2 国内外风力发电的现状与趋势  11-14
    1.2.1 风力发电发展概况  11-12
    1.2.2 变速恒频风力发电  12-14
  1.3 最大风能追踪相关技术的发展与概述  14-15
    1.3.1 风力机模拟技术  14
    1.3.2 双馈电机交流励磁用变频器  14-15
  1.4 课题的来源及本文研究的主要内容  15-17
第2章 变速恒频风力发电基本理论分析  17-31
  2.1 变速恒频风力发电技术  17-20
    2.1.1 交流励磁双馈风力发电原理  17-18
    2.1.2 不同风速下机组的运行状态分析  18-20
  2.2 风力机的基础理论  20-25
    2.2.1 风能的获取与传递过程  20-22
    2.2.2 风力机特性分析  22-23
    2.2.3 定桨距风力机模型的建立  23-25
  2.3 双馈电机的数学模型  25-30
    2.3.1 三相静止坐标系下的电机模型  26-28
    2.3.2 坐标变换  28-29
    2.3.3 同步旋转坐标系下的电机模型  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 最大风能追踪的研究  31-42
  3.1 整体控制思路  31-32
  3.2 风力机特性的模拟  32-36
    3.2.1 模拟系统方案分析  32-33
    3.2.2 传统双闭环控制  33-34
    3.2.3 直接转矩控制算法  34-36
  3.3 最大风能追踪控制策略  36-41
    3.3.1 变速机组的最大风能追踪  36-37
    3.3.2 功率控制的最大风能追踪过程  37-38
    3.3.3 最大风能追踪控制算法  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 风力机模拟平台的搭建  42-51
  4.1 风力机模拟平台整体结构设计  42-43
  4.2 系统各部分构成  43-48
    4.2.1 原动机子系统  43-44
    4.2.2 控制子系统  44-46
    4.2.3 接口电路设计  46-48
  4.3 上位机控制界面  48-49
  4.4 本章小结  49-51
第5章 实验研究及分析  51-59
  5.1 实验平台组成  51-53
  5.2 机组变转速运行实验  53-54
  5.3 模拟风力机运行实验  54-56
    5.3.1 单一风速的模拟  54-55
    5.3.2 变风速的模拟  55-56
  5.4 最大风能追踪实验  56-58
    5.4.1 风力机的最大风能追踪响应  56-57
    5.4.2 最大风能追踪的仿真实验  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 风能、风力机械 > 风能的利用
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