变速恒频发电技术.doc

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 11 §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] 35 §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 §1.1 课题背景 风能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，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