海上风电场及双馈式风电机组的仿真分析

【摘要】： 我国海上风力资源丰富,对海上风电的开发将成为我国未来风电产业最主要的增长点。本文在简单概述国内海上风力发电状况以及风力发电现状的基础上,重点介绍了海上风电场的开发,并对海上风电机组进行仿真研究。 海上风电场的开发部分。介绍了开发海上风电优势和面临的主要挑战;分析了开发海上风电的各个环节,包括前期工作、场址的选择、支撑结构的设计、电网的接入方案等;着重研究了海上风电机组的初步设计,包括风轮机的设计和驱动方案的选择,并指出在目前的技术水平下,变速恒频双馈风电系统由于重量和变换器容量上的优势,最适合应用于海上风电场。 双馈风力发电系统的仿真部分。建立了变速恒频双馈风力发电系统的数学模型,包含风速模型,风力机模型,和不同坐标系下的双馈电机模型。完成建模工作后,主要研究了双馈风力发电系统的控制策略,提出应用定子磁链定向的矢量控制来实现风力发电系统的有功、无功功率解偶控制以及转速的控制。在此基础上,建立了矢量控制的系统框图。最后应用Matlab/Simulink软件建立了系统各部分的仿真模型,并给出了仿真结果与分析,验证了定子磁链定向矢量控制策略的正确性:既保证了定子输出频率的恒定,又达到了有功功率无功功率独立解耦控制的目的,同时还较好地跟踪了风力机的最大功率输出。 【关键词】：海上风电场 变速恒频 双馈电机 矢量控制
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 海上风力发电国内外发展现状7-10
• 1.1.1 世界海上风力发电现状7-9
• 1.1.2 中国海上风力发电现状9-10
• 1.2 风力发电系统概述10-14
• 1.2.1 风力发电系统的分类10-12
• 1.2.2 变速恒频发电系统的研究现状12-14
• 1.3 全球风电技术发展趋势14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 海上风电场的开发17-29
• 2.1 海上风电的特点17-19
• 2.1.1 海上风电的优势17-18
• 2.1.2 海上风电面临的挑战18-19
• 2.2 海上风电场的开发19-22
• 2.3 海上风力发电机组的初步设计22-28
• 2.3.1 风轮机的设计23-26
• 2.3.2 风电机组驱动方案的选择26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 变速恒频双馈风力发电系统的数学模型29-42
• 3.1 风速模型29-30
• 3.2 风力机数学模型30-32
• 3.3 双馈电机变速恒频控制的基本原理32-34
• 3.3.1 双馈电机的调速原理32-33
• 3.3.2 双馈电机的运行状态及能量流动33-34
• 3.4 双馈电机的数学模型34-41
• 3.4.1 三相坐标系下双馈电机的数学模型34-37
• 3.4.2 坐标变换37-39
• 3.4.3 同步旋转坐标系下双馈电机的数学模型39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 变速恒频双馈风力发电系统的矢量控制42-48
• 4.1 定子磁链定向矢量控制的基本概念42-43
• 4.2 定子磁链定向下的矢量控制方程43-44
• 4.3 前馈环节的计算44-45
• 4.4 定子磁链观测45-46
• 4.5 定子磁链定向矢量控制系统框图46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 变速恒频双馈风力发电系统仿真分析48-59
• 5.1 风速的仿真48
• 5.2 风力机的仿真48-49
• 5.3 矢量控制部分的仿真49-52
• 5.3.1 定子磁链观测的仿真模型49-50
• 5.3.2 前馈环节计算的仿真模型50-51
• 5.3.3 定子有功、无功计算的仿真模型51-52
• 5.4 变速恒频双馈风力发电系统的仿真研究52-59
• 5.4.1 定子有功功率和无功功率的调节过程53-55
• 5.4.2 发电机转速n 和转子电流i_(rd)、i_(rq) 、i_(ra) 的调节过程55
• 5.4.3 定子电流调节过程55-57
• 5.4.4 随机风况下系统的响应57-59
• 第六章 结论59-61
• 参考文献61-64
• 发表论文和参加科研情况说明64-65
• 致谢65

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