双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的控制研究

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的控制研究(论文18000字)
摘要
随着全世界对能源的需求日益增长，世界能源、环境问题日趋艰巨。风能作为一种可再生的清洁能源，具有巨大的商业潜力和环保效益，渐渐引起人们的重视。
基于变速恒频技术的交流励磁风力发电机的发电方案己经成为风力发电的一大重点课题。采用变速恒频技术后可大大提高风能的利用率，改善电力系统的稳定性。由于转子转速可调、具有独立的有功、无功调节能力，特别适用于风力发电、抽水蓄能电站等场合。
本文重点分析了双馈电机作变速恒频运行时的工作原理，得出了电机在A-B-C坐标系下的数学模型;通过坐标变换，详细推导了双馈电机在两相同步旋转d-q坐标系下的动态数学模型，利用电机定子磁场定向的矢量控制技术，并结合最大风能捕获原理，构建了其有功功率和无功功率解耦控制的双闭环串级PI调节控制方案，实现了双馈发电机有功功率和无功功率的解耦控制。本文还重点分析了三相PWM变频器在同步d-q坐标系中的数学模型，并采用电网电压矢量定向的方法，建立、设计了两相同步坐标系下网侧变频器的PI调节控制系统，使双PWM变频器协调工作。
因此，本文利用MATLAB/SIMULINK的软件平台，根据矢量控制原理，构建出各个功能实现的子模块，并设计了各个子模块的参数，构造了整个变速恒频风力发电机组系统的仿真模型，进行了仿真实验，得出了实验结果并对结果进行了分析。
关键词:风力发电，双馈电机，矢量控制，变速恒频，最大风能追踪，MATLAB/SIMULINK

Reach on DFIG Wind Power Generation System
Abstract
With the growing demand for the energy all over the world,The world's energy and environmental problems have become more arduous.As a recycled energy resource,wind has large mercantile potential and environmental benefits.It has gradually attracted people's attention.
Development of the variable-speed constant-frequency exited wind generation system is an important subject in this field. The VSCF technique may make good use of wind energy and improve rotor speed as well as the stability of electric power system. Because autocephaly regulation of the active and reactive power, it is especially suitable to wind electric power plant and pumped-storage hydraulic power plant.
This thesis contains the principle and all operations of the double-fed motor with focus on the principle of VSCF wind power generation system.Then,the mathematic model of double-fed motor in A-B-C coordinate is built.Using matrix transformation operation,the mathematic model in d-q coordinate system is found. According to the method of stator-flux-oriented vector control and the maximum wind power tracing control, a dual-closed loop PI control scheme is adopted to realize the independently control of the active and reactive power.
The thesis puts emphasis on the investigation of the mathematical model of three-Phase PWM convertor in d-q synchronous reference frames. Based on the method of grid-voltage-oriented vector control, PI controller for the grid side convertor is designed to realize the harmonious control of the two convertors for the VSCF wind power generation system.
Therefore,inthis thesis,by using the software MATLAB/SIMULINK，through the principle of the vector control system,given all the detailed subschema and plan all the data,the wind speed model and the wind-turbine model are simulated.Through the simulated model, get the result and analyzed it in detail.
Key Words: wind power generation system，double-fed motor，vector control，VSCF，the maximum wind power tracing control，MATLAB/SIMULINK

目  录
摘要    I
Abstract    II
第一章 绪论    1
1.1引言    1
1.1.1世界风力发电的现状与发展趋势    1
1.1.2我国风力发电的现状与发展趋势    1
1.2风力发电系统的特点、系统组成及其技术发展的概述    2
1.2.1风力发电的特点及其系统的构成    2
1.2.2风力发电系统技术发展的概述    3
1.2.3变速恒频风电技术的国内外研究状况    3
1.2.4双馈电机组成的变速恒频风电系统    4
1.3未来风电技术的发展前景    6
1.4本文的研究内容及选题意义    7
1.5本章小结    7
第二章 双馈电机的基本理论和相关特性分析    8
2.1双馈电机的基本理论概述    8
2.1.1概述    8
2.1.2双馈电机的基本结构和工作原理    8
2.1.3双馈电机能量流动与平衡关系    10
2.2.1 A-B-C坐标系中双馈电机的数学模型    11
2.2.2坐标变换技术简述    14
2.2.3 d-q-0坐标系中双馈电机的数学模型    17
2.3本章小结    19
第三章 双馈电机励磁系统矢量控制策略    20
3.1矢量控制概述    20
3.2 网侧PWM变换器的运行控制    22
3.2.1网侧变换器的控制策略    22
3.2.2 基于电网电压定向的网侧变换器电压、电流双闭环控制    22
3.3 转子侧PWM变换器的矢量控制    24
第四章 双馈变速恒频风力发电机组的模型仿真    27
4.1风力机的建模    27
4.2 双馈变速风电机组整体仿真系统模型    33
4.3 风电机组输出特性仿真结果    33
4.4 本章小结    35
第五章 总结与展望    36
5.1 结论    36
5.2 展望    36
参考文献    38
致谢    40