风电机组实验测试及无刷双馈电机应用仿真的研究

论文摘要

发展风力发电,不仅可以节约常规能源,而且有利于环保,是改善能源结构,减少环境污染的有效途径之一,可带来直接的经济效益、社会效益和环境效益。本文介绍了国内外各种大型风力发电机组的研究发展现状,在目前的恒速、变速两种机型上,确定了变速恒频风力发电机型的结构形式。风力发电技术的创新必须要依赖于实验研究,在不具备风场环境的实验室内,如何进行风力发电技术的研究就成了急需解决的问题。本文首次提出了风力发电机组全工况实验平台概念,该实验平台可以通过上位机和风轮仿真器控制的异步电动机代替风轮机拖动风电机组进行风电技术研究,运行状态反馈和故障判断功能使得实验平台更完善更真实地再现风场风机运行状况,为风电研发人员提供了一个良好的实验平台。对风能、空气动力特性进行了简单的介绍,应用MATLAB/SIMULINK建立了风速、风力机功率、桨距调节仿真模型。介绍了风轮特性模拟系统应用软件,并对风电机组运行故障集进行了全面的分析。全面深入的研究了风电机组检测技术,对噪声测量、载荷测试的技术难点进行了细致的分析,详述了风机功率曲线、电能质量的测试方法。最后引入建立检测中心思想,简单介绍检测中心功能,并对检测中心的运做、发展提出了新的思路。简单地分析了无刷双馈电机的定转子结构及其运行方式,无刷双馈电机可以实现异步、同步和双馈等多种运行方式。无刷双馈电机既可以作为变频调速电机又可以作为发电机,具有很好的发展前景。对于传统感应电机的矢量控制技术进行了简单的介绍,重点介绍了矢量控制的基本原理、矢量变换、以及传统感应电动机矢量控制系统的构成,为无刷双馈电机的矢量控制研究打下理论基础。最后对无刷双馈电机的转子磁场定向控制系统进行了研究。本文把功率绕组和控制绕组分别建立在各自的同步坐标上,分别进行磁场定向,简化了数学模型。在此基础上提出一种基于双同步坐标模型的转子磁场定向控制策略,实现了电机的动态转矩控制。仿真结果表明,该控制原理和方法比较适合无刷双馈电机的控制系统,实现难度与感应电机的转子磁场定向控制相当,能有效的对电机的转矩进行动态控制,具有较好的动态性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 风力发电的国内外发展现状
• 1.2.1 地球需要绿色电力
• 1.2.2 世界风电的发展现状
• 1.2.3 中国风电的发展现状及趋势
• 1.3 风力发电技术的研究现状
• 1.3.1 风力机的功率调节
• 1.3.2 风力发电系统的分类
• 1.4 交流励磁发电机的特点及优点
• 1.5 本论文的主要内容
• 2 风力发电机组全工况实验平台
• 2.1 风轮空气动力特性
• 2.1.1 叶尖速比λ
• 2.1.2 风能利用系数
• 2.1.3 风能利用系数的推导
• 2.1.4 风轮的转矩系数
• 2.1.5 变桨距调速风力发电机组控制方案
• 2.2 典型风况
• 2.2.1 风速模型
• 2.2.2 风速仿真
• 2.3 风轮模型
• 2.3.1 风轮模拟数学模型
• 2.3.2 风轮仿真原理框图
• 2.3.3 桨矩调节
• 2.3.4 风能利用系数模型
• 2.3.5 仿真结果
• 2.4 风轮输出特性模拟系统的应用软件
• 2.5 故障集
• 2.5.1 电气故障
• 2.5.2 机械故障
• 3 风力发电机组检测技术研究
• 3.1 噪声测试
• 3.2 载荷测试
• 3.3 功率曲线测定
• 3.4 电能质量测试
• 3.5 风场评估
• 3.6 检测中心
• 3.6.1 检测中心设备
• 3.6.2 检测中心功能
• 3.6.3 检测中心运做
• 4 无刷双馈电机原理及数学模型
• 4.1 无刷双馈电机的运行原理
• 4.2 无刷双馈电机的运行方式
• 4.2.1 自起动与异步运行方式
• 4.2.2 同步运行方式
• 4.2.3 双馈调速运行方式
• 4.2.4 发电机运行方式
• 4.3 无刷双馈电机数学模型
• 4.3.1 电机d-q 轴模型方程
• 4.3.2 电磁转矩方程
• 4.3.3 电机运动方程
• 5 无刷双馈电机矢量控制技术原理与实现
• 5.1 矢量控制的基本思想
• 5.2 常规感应电动机矢量控制系统
• 5.3 无刷双馈电机矢量控制系统的基本方程式
• 5.4 无刷双馈电机的矢量控制系统的构成
• 6 无刷双馈电机的矢量控制系统仿真
• 6.1 无刷双馈电机动态仿真模型建立
• 6.2 功率控制子系统电流源型逆变器仿真实现
• 6.3 无刷双馈电机矢量控制系统MATLAB 实现
• 6.4 无刷双馈电机矢量控制系统仿真结果
• 7 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢