风电机组仿真系统模型的研究与开发

【摘要】：风电机组是一个复杂多变的系统,因此整机建模在风电系统优化设计和先进控制策略研究中起着至关重要的作用。直驱式永磁同步风机是目前风力发电主要机型之一,由于其高效、结构简单、方便制造、控制效果好、运行稳定等优势,成为当前研究热点。 本文对直驱式永磁同步风电机组的风机、发电机、变流器的建模与控制进行了研究,论文主要内容如下： (1)分析了直驱风力发电机的工作原理,建立其空间矢量模型,分析其在不同运行状态下矢量的相位关系。分析了直驱式永磁同步风电机组的工作目标和控制策略,分析了低风速时的最大功率控制和高风速时的恒功率变桨控制的控制原理和方式。 (2)建立了包括风机、传动系统及直驱式永磁同步发电机在内的风机整机模型。对直驱式永磁同步风电机组从起机,各种风速下的正常运行,安全停机等各工作状态进行了仿真；展现出直驱式永磁风电机组在低风速下的最大风能追踪,额定风速上的恒功率控制等正常的工作状态。 (3)建立了变流器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,研究其前馈解耦控制策略,设计了基于前馈解耦控制策略的变频器控制系统。通过在Matlab/Simulink中进行仿真,表明该控制策略可行,仿真模型的合理性。 【关键词】：风力发电 直驱式永磁同步风力发电机(D-PMSG) 全程仿真 变频器
【学位授予单位】：华北电力大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 选题背景及意义9-12
• 1.2 风电机组构成12-14
• 1.2.1 定桨距调节技术和变桨距调节技术13-14
• 1.2.2 变流器研究现状14
• 1.3 本论文完成的主要工作14-16
• 第2章 风机建模及特性分析16-20
• 2.1 风速模型16-17
• 2.1.1 基本风16
• 2.1.2 随机风16
• 2.1.3 阵风16-17
• 2.1.4 渐变风17
• 2.2 风机能量转换过程17-18
• 2.3 基于叶素理论的风轮建模18-19
• 2.4 小结19-20
• 第3章 直驱式永磁同步风力发电机组控制策略与仿真20-35
• 3.1 引言20
• 3.2 直驱式永磁同步风力发电机组的运行过程20-21
• 3.3 直驱式永磁同步发电机在dq同步旋转坐标系下的数学模型21-27
• 3.3.1 直驱式永磁同步发电机的控制策略23-25
• 3.3.2 传动轴模型25-26
• 3.3.3 永磁同步发电机数学模型26-27
• 3.4 风电机组运行状态下的数学模型27-29
• 3.5 基于风速变化的功率控制策略29-31
• 3.5.1 额定风速下最大风能追踪29-30
• 3.5.2 额定风速以上的控制策略30-31
• 3.6 全程仿真研究31-34
• 3.6.1 风力发电机组在各风况下运行仿真结果33-34
• 3.7 小结34-35
• 第4章 直驱式永磁同步风力发电机变流器建模及其控制策略35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 交直交双PWM变流器拓扑结构36-42
• 4.2.1 变流器数学模型及前馈控制策略36-38
• 4.2.2 空间矢量PWM的控制技术38-42
• 4.3 交直交双PWM变流器运行仿真结果42-44
• 4.4 小结44-45
• 第5章 结论与展望45-46
• 参考文献46-49
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果49-50
• 致谢50-51
• 附录51

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