变桨矩变速恒频双馈风力发电系统控制策略的研究与实现

VIP免费
3.0 陈辉 2024-11-19 6 4 5.2MB 65 页 15积分
侵权投诉
目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ........................................................................................................... 1
§1.1 课题背景 .................................................................................................... 1
§1.2 风能发展的国内外现状 ............................................................................ 2
§1.2.1 国外风能发展的现状 ..................................................................... 2
§1.2.2 国内风能发展的现状 ..................................................................... 3
§1.3 风力发电技术 ............................................................................................ 4
§1.4 本文的研究意义及内容 ............................................................................ 7
第二章 双馈风力发电系统的组成 ........................................................................... 9
§2.1 系统电机参数 .......................................................................................... 10
§2.1.1 风力机模拟电机 ........................................................................... 10
§2.1.2 双馈发电机 ................................................................................... 10
§2.1.3 负载电机 ....................................................................................... 10
§2.2 控制器 ...................................................................................................... 10
§2.2.1 DC590+系列数字直流式调速器 ................................................... 11
§2.2.2 DC512C 直流励磁电源 .................................................................. 11
§2.3 转速转距测试仪 JN338 ........................................................................... 12
§2.4 控制柜的 CAD 设计 .................................................................................. 13
§2.5 数据采集卡 PCI8327 ............................................................................... 14
§2.6 双 PWM 变流器 .......................................................................................... 15
§2.7 传感器的选择 .......................................................................................... 15
§2.8 本章小结 ................................................................................................... 16
第三章 变桨距变速恒频风力机的模拟 ................................................................. 17
§3.1 风力机的分类 .......................................................................................... 17
§3.2 变桨距风力机的特性分析 ...................................................................... 17
§3.2.1 变桨距风力机的数学模型 ........................................................... 17
§3.2.2 变桨距风力机的运行特性 ........................................................... 18
§3.3 直流电机特性分析 .................................................................................. 19
§3.3.1 直流电机的特性分析 ................................................................... 19
§3.3.2 变桨距风力机特性的直流电机模型 ........................................... 20
§3.4 仿真结果 .................................................................................................. 22
§3.4.1 变桨距风力机仿真结果 ............................................................... 22
§3.4.2 模拟风机的仿真结果 ................................................................... 23
§3.5 本章小结 .................................................................................................. 23
第四章 基于模糊控制器的最大风能追踪 ............................................................. 24
§4.1 风力机最大风能追踪理论 ...................................................................... 24
§4.2 最大风能追踪原理 .................................................................................. 25
§4.2.1 变速恒频风力发电系统的运行区域 ........................................... 25
§4.2.2 定桨距情况风力机的最大风能追踪的原理 ............................... 26
§4.3 模糊控制器的设计 .................................................................................. 26
§4.4 仿真结果分析 .......................................................................................... 29
§4.5 本章小结 .................................................................................................. 31
第五章 交流励磁变速恒频风力发电系统的仿真研究 ......................................... 32
§5.1 作为风力发电系统双馈电机的优点 ...................................................... 32
§5.2 双馈电机的数学模型 .............................................................................. 32
§5.2.1 双馈电机在静止三相坐标系下的数学模型 ............................... 32
§5.2.2 坐标变换 ....................................................................................... 34
§5.2.2.1 从三相静止到两相静止的坐标变换[21] ............................ 34
§5.2.2.2 从两相静止到两相旋转坐标系下的变换 ........................ 36
§5.2.2.3 同步旋转坐标下双馈电机的矢量形式 ............................ 37
§5.2.2.4 基于定子电压定向的双馈电机的数学模型 .................... 37
§5.3 双馈发电机矢量变换控制系统结构 ...................................................... 38
§5.4 系统仿真结果分析 .................................................................................. 40
§5.4.1 网侧仿真结果分析 ....................................................................... 40
§5.4.2 转子侧仿真结果分析 ................................................................... 41
§5.5 本章小结 .................................................................................................. 42
第六章 双 PWM 变流器的设计 ................................................................................. 43
§6.1 主电路设计 .............................................................................................. 43
§6.1.1 交流侧电感的设计 ....................................................................... 43
§6.1.2 直流侧电容的设计[22] ................................................................... 44
§6.2 缓冲电路的设计 ...................................................................................... 45
§6.3 驱动电路的设计 ...................................................................................... 46
§6.4 功率器件的选择 ...................................................................................... 47
§6.5 本章小结 .................................................................................................. 48
第七章 励磁电源控制的软件实现 ......................................................................... 49
§7.1 双馈风力发电系统的控制策略 .............................................................. 49
§7.2 软件设计 .................................................................................................. 49
§7.2.1 SPWM 基本原理 .............................................................................. 49
§7.2.2 DSP 算法实现 ................................................................................ 51
§7.2.3 程序编写 ....................................................................................... 52
§7.2.4 实验结果 ....................................................................................... 53
§7.3 LabVIEW 程序设计 ................................................................................... 57
§7.4 本章小结 .................................................................................................. 58
第八章 总结与展望 ................................................................................................. 59
§8.1 总结 .......................................................................................................... 59
§8.2 展望 .......................................................................................................... 59
参考文献 ..................................................................................................................... 61
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ......................................... 63
致 谢 ......................................................................................................................... 64
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题背景
风能是来自于大自然的清洁能源，它的开发利用的潜力巨大。而且随着风电
技术的日益成熟，风能作为目前世界上最有发展前途的可再生能源，是全世界增
长最迅速的能源之一。风力发电已成为目前世界上最为成熟的清洁能源生产技术。
世界发达国家风电约占本国发电量的 3%～5%左右，其中德国最高，大约占 18%
左右。因此，加强风能相关技术的研究，无论对于风能本身，还是缓解减排压力，
确保世界各国能源的可持续发展都具有十分重要的现实意义。
太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，从而使空
气沿水平方向运动，空气流动所产生的动能称为风能。风能与其他能源相比具有
明显的优点：
首先，风能蕴藏量巨大。风能是太阳能的一种转换形式，是太阳辐射造成地球
各部分受热不均，引起空气运动产生的能量。1954 年世界气象组织出版的技术报
告对全球风能储量的估计：全球风能总储量为 3×1017 千瓦，其中可利用的风能为
2×1010 千瓦。我国风能资源储在地球上可利用的风能储量为 1010 千瓦，而可以利用
风能储量为 2.53×108千瓦。
其次，风能是一种无污染的绿色能源。太阳能、生物质能、地热能和海洋能
等“可再生能源”电力相比，风电居首位，它是几乎没有污染的绿色能源；与燃
煤火电相比，风力发电时，几乎不消耗矿物资源和水资源，同样发 1千瓦时电，
风电可节约标准煤 0.39kg 和水 3kg，可减排二氧化硫 0.0061kg、二氧化氮 0.0045kg、
烟尘 0.0052kg。
第三，风能是可再生能源。风能是靠空气的流动而产生的能源，主要依赖太
阳的存在。因此只要太阳存在，它就可以不断地、有规律地形成气流，周而复始
地产生风能，可永续利用。
第四，风能分布广泛，可就地取材，无需运输。由于高原、山区、海洋、岛
屿、草原等边远地区缺煤、缺油或运输不便，但风能丰富，可以就地利用风能发
电，具有很大优越性。
第五，风能适应性强、发展潜力大。我国可利用风力资源区域占全国国土面
积的 76%，在我国发展风电，潜力巨大，前景广阔。
第六，风能投资相对较少。风电场与常规火电厂和水电厂比较，由于单机量
小可以分散建设，也可以集中建设，几百千瓦到几十万千瓦都行，非常灵活，融
资相对容易。基础建设周期短，一般从签订设备合同到建成投产只需一年时间，
投资快，有利于资金周转。
变桨距变速恒频双馈风力发电系统控制策略的研究与实现
2
但是，风能也存在如下的一些局限性。
首先，风能的能量密度比较低。由于风能来源于空气的流动，而空气的密度
小，因此风力的能量密度很小，所以只有水力的 1/816。
其次，风能具有不稳定性。由于气流瞬息万变，风时有时无，而且日、月、
季、年的变化都很明显。
第三，风能的地区差异很大。因为地形变化，地理纬度不同，风力相差很大。
两个邻近区域，由于地形的不同，其风力可相差几倍甚至几十倍。
总之，随着风电技术的日益成熟，风力发电已成为目前最具有发展前景的可
再生能源。风力发电对缓解一次能源供应、解决二氧化碳排放、保护生态环境及
推动经济发展、实现可持续发展战略，具有重要的现实意义[1]。
§1.2 风能发展的国内外现状
§1.2.1 国外风能发展的现状
20 世纪 70 年代风力发电开始向商业化发展，经过 80 年代和 90 年代的快速发
展，风力发电的技术已经逐渐成熟，有些国家风力已经成为比较重要的电力资源。
由于风力发电对环境有独特的好处，随着发达国家对二氧化碳减排义务的承诺，
风力发电得到了许多国家的重视，并在飞速发展。目前，欧洲仍然是最大的风电
市场，但是北美和亚洲等其他大陆地区的发展也十分可观。尽管存在暂时的供应
链困难，但是国际风能市场仍将持续可观地增长，将平均每年以 19%的速度增长
到2010 年。
德国是全球风能利用最成功的国家，无论是年新装风机容量，还是风机装机
的容量，始终保持领先地位。根据德国环境自然和核安全部门的统计，风电的成
本明显低于其他可再生能源，与传统的水力发电已经非常接近。西班牙是全球第
二风能发电国。在 1995 年到 2007 年间，西班牙的风电产能量增长了 16 倍。同时
西班牙于 2007 年7月通过新的法律，要求建设海上风电场，新的海上风电场将建
在长 4000KM 的海岸沿线。研究表明，西班牙的海上风电具有很大的潜力，每年
可发电 3×108～7×108千瓦时。预计西班牙海上风能发电场到 2020 年将发电 200
万～300 万千瓦时。美国在风能利用中排名第三。美国认为在未来的 15 年内，风
力是耗资最小、最易代替煤和天然气发电的能源。并将会在未来的 20 年，在风电
行业的投资达到 5000 亿美元。目标是 2020 年有 20%的能源都来自风能领域。丹
麦是世界第四大风能利用的国家。2005 年总的装机容量就达到 300 万千瓦以上。
目标 2030 年，风力发电将占总发电装机的 50%，达到 550 万～600 万千瓦，其中
约67%达到 400 万千瓦约建在北海上。欧洲其他风能利用较多的国家依次为意大
利、荷兰、英国等。
第一章 绪论
3
欧洲沿海风电自 2009 年开始发掘潜力。到 2009 年底欧洲咨询公司期望沿海
风电市场将发力，年净装机超过 1吉瓦（100 万千瓦）。英国德国瑞典比利时的单
个项目及荷兰和法国各自装机在 17 万～22.5 万千瓦之间。在 2010 到2015 年间，
沿海风电市场每年平均增加装机 130 万千瓦。
亚洲风能利用最大的国家是印度，也是世界第五大风能利用的国家。有资料
表明在 2005 年印度风能利用总装机量就达到 400 万千瓦以上。亚洲其他风能利用
较多的国家依次是日本、阿联酋、中国[1]。
§1.2.2 国内风能发展的现状
我国是一个风力资源非常丰富的国家，东南沿海、内蒙古北部、新疆、甘肃
等地区属于风能资源丰富的地区，有很好的开发利用条件和前景，我国也正在努
力追赶先进国家。截至 2005 年底，中国除台湾省外累计安装风电机组 1864 台，
装机容量 1266MW，风电场 62 个，分布在 15 个（省、自治区、特别行政区），
与2004 年累计装机 746MW 相比，2005 年累计装机增长 69.7% [1]，国家气象局资
料显示：我国陆地上 10 米高度风能资源总储量约为 32.26 亿千瓦，约 7.8%可供开
发，达到 2.53 亿千瓦。理论上，50 米高风力资源是 10 米高度的一倍，到 100 米
高度还要增加。根据我国能源发展规划，风电发展的目标是到 2010 年建成 500 万
千瓦、2020 年建成 3000 万千瓦的风力发电能力。
我国第三次风能资源普查，根据全国近 2400 个气象站 30 年的观测数据，初
步 探 明 我 国 陆 上 距 地 面 10M 高度风能技术可开发量约 297GW ， 面 积 达 到
2×105km2。推算到 70 米高度可获得年发电量 1.8×1012KW.h,说明我国风能资源总量
是十分丰富的，而且主要分布在我国北部陆地和东部沿海城市[2]。
近年来，我国在风电场建设中取得了很大成果，表现了强劲的发展态势。据
资料表明，2007 年风电装机容量新增 3000MW，超过以往 20 多年的所有装机容量，
是2006 年的新增装机容量的两倍多。
2008 年我国风电场建设保持了“井喷式”增长，
预计近几年将继续保持新增装机容量约 5000MW 的速度。预计 2010 年实现累计装
机容量达到 14000MW ～15000MW ， 而 到 2020 年风电累计装机容量可达
120000MW。
我国自“七五”以来，国家多次组织重大科技攻关课题，分别由沈阳工业大学风
能技术研究所、中国科学院电工研究所等单位参加，先后在微机控制风力发电机，
程控风力发电机、并网风力发电机、大型变桨距风电机组控制系统、双馈式变速
恒频风力发电机组控制系统及变流器等方面的关键技术进行较为系统的研究，完
成不同类型的失速型风力发电机组控制系统，并网型风力发电机组及风力机测试
设备、
1.5MW 变速恒频风力机组控制系统及变流器等的研制工作。其中 2001 年由
摘要：

目录摘要ABSTRACT第一章绪论...........................................................................................................1§1.1课题背景....................................................................................................1§1.2风能发展的国内外现状.......................................................

展开>> 收起<<
变桨矩变速恒频双馈风力发电系统控制策略的研究与实现.pdf

共65页,预览7页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：65 页 大小：5.2MB 格式：PDF 时间：2024-11-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

/ 65
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注