双风轮风力发电机的建模与控制

论文摘要

随着社会的发展,化石能源日益短缺,加快可再生能源的开发和利用已成为人类解决生存问题的战略选择。风能作为一种清洁环保的可再生资源,受到世界各国的广泛重视。在现今的风力发电技术中,变速恒频风力发电技术和变浆距调节技术成为了主流的风力发电技术,具有很好的发展前景。本文在已有的六种变速恒频风力发电系统的基础上,提出一种新型的双风轮风力发电系统。双风轮风力发电机组作为一种新型的变速恒频风电机组,它的设计思想尚属首创,该系统去掉了增速齿轮箱和变流器,只需对浆距角进行控制,可实现有功调节和无功控制,提高了系统可靠性、减少成本、更容易维护。本文的研究内容主要包括:(1)分析双风轮风力发电机的结构和工作原理,根据坐标变换理论推导出双风轮风力发电机在dq0坐标系上的数学模型,用MATLAB/Simulink进行仿真研究,从而验证模型的正确性。(2)从双风轮风力发电机的稳态等效电路出发,讨论电机的功率特性,分析电机内部的能量流动关系,通过仿真得到电机的有功、无功功率曲线,从而确定双风轮风力发电机稳定、安全的运行区域。(3)设计一个自适应模糊控制器,对副风轮的浆距角进行自适应模糊控制,使其转速能够配合主风轮的转速变化,保持输出频率50Hz,实现发电机的变速恒频控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 课题背景
• 1-2 风力发电的国内外发展现状
• 1-2-1 国外风电产业发展概况
• 1-2-2 我国风力发电事业的发展现状
• 1-3 风力发电技术研究现状和发展方向
• 1-3-1 当前主流风力发电技术
• 1-3-2 未来风力发电技术的发展方向
• 1-4 双风轮风力发电机概述
• 1-5 选题意义和研究内容
• 1-6 本章小结
• 第二章 双风轮风力发电机的数学模型
• 2-1 双风轮风力发电机的结构和工作原理
• 2-1-1 双风轮风力发电机的结构
• 2-1-2 发电机变速恒频发电的工作原理
• 2-2 双风轮风力发电机的数学模型
• 2-2-1 基本的坐标变换
• 2-2-2 dq0 坐标系变换矩阵的推导
• 2-2-3 转子绕组中电压、电流量关系推导
• 2-2-4 dq0 坐标系下电机模型推导
• 2-3 双风轮风力发电机的模型仿真
• 2-3-1 MATLAB仿真简介
• 2-3-2 电机仿真模型的搭建
• 2-3-3 仿真结果
• 2-4 本章小结
• 第三章 双风轮风力发电机的功率特性分析
• 3-1 双风轮风力发电机的静态特性
• 3-1-1 电机的稳态等效电路
• 3-1-2 双风轮风力发电机有功、无功功率特性
• 3-2 双风轮风力发电机中的能量流动平衡关系
• 3-3 电机的功率特性仿真
• 3-3-1 电机功率特性仿真模型的搭建
• 3-3-2 仿真结果
• 3-4 本章小结
• 第四章 双风轮风力发电机组的控制策略研究
• 4-1 双风轮风力发电机组运行区域和控制策略
• 4-1-1 双风轮风力发电机组的运行区域
• 4-1-2 理想状况下的控制目标和控制策略
• 4-2 自适应模糊控制
• 4-2-1 自适应模糊控制在风力发电系统中的应用
• 4-2-2 自适应模糊控制器
• 4-3 双风轮风力发电机的自适应模糊控制
• 4-4 仿真与结论
• 4-5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5-1 总结
• 5-2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果