永磁直驱风力发电机组建模仿真研究

发布时间：2017-08-01 06:29

  本文关键词：永磁直驱风力发电机组建模仿真研究

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【摘要】：随着风电场规模的不断扩大,学者对风电机组的建模进行了大量的工作,也取得了初步成果,但是随着风电研究的不断深入,对风电机组模型的准确性和可靠性要求越来越高。PSCAD是一款在全球广受欢迎的电力系统电磁暂态仿真软件,其接口较方便,元件模型精确,建立的模型准确性和可靠性会更有保证。目前,直驱式永磁同步风力发电机组是我国广泛应用的机组类型之一,较双馈式风电机组,直驱式风电机组具有更能适应低风速、运行效率高、后续维护成本低等优点,其所占比重越来越高。因此,本文针对直驱式永磁同步风力发电机组,在PSCAD上建立了详细模型,并进行了仿真研究。首先,详细阐述了直驱式永磁同步风电发电机组各部分的数学模型,包括风轮、轴系、永磁同步发电机、机侧和网侧变流器等在内的各元件,并给出了桨距角控制、最大功率跟踪控制、机侧变流器控制、网侧变流器控制等详细的控制策略。其次,在PSCAD上建立了直驱式永磁同步风力发电机组的详细模型,所建桨距角控制、最大功率跟踪控制等模型符合实际情况。最后,仿真研究了负载发生变化时,需要随负载扰动的同时配合负载进行必要的无功补偿；风电机组稳态运行特性,结果表明风电机组在各风速区段运行准确；分别仿真研究了风电机组在电网故障下的响应特性,所得结果符合理论预期。以上仿真结果表明,所建的直驱式永磁同步风力发电机组模型准确。
【关键词】：永磁直驱风电机组 数学模型 控制策略 PSCAD建模仿真
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-12
• 1.2 风力发电技术现状与发展趋势12-15
• 1.2.1 风力发电机组的类型12-13
• 1.2.2 大型水平轴并网型风电机组的基本结构13-14
• 1.2.3 风力发电技术发展趋势14-15
• 1.3 国内外研究现状及发展动态分析15-17
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 本文主要工作17-18
• 第2章 永磁直驱风力发电机组基本理论及数学模型18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 直驱式风力发电机组基本结构和工作原理18-19
• 2.3 风力发电机的基础理论19-22
• 2.3.1 贝茨(Betz)理论19-21
• 2.3.2 风力发电机特性系数21-22
• 2.4 直驱式风力发电机组拓扑结构22-25
• 2.4.1 不控整流加逆变器电路22-24
• 2.4.2 不控整流加DC/DC变换加逆变拓扑电路24
• 2.4.3 背靠背双PWM变流器拓扑24-25
• 2.4.4 功率器件串联大功率变换器的拓扑电路25
• 2.5 直驱式风力发电系统主要部分数学模型25-34
• 2.5.1 风速数学模型25-29
• 2.5.2 风轮数学模型29-31
• 2.5.3 轴系系统模型31
• 2.5.4 永磁同步发电机模型31-32
• 2.5.5 全功率变流器模型32-34
• 2.6 小结34-35
• 第3章 永磁直驱风力发电机组的控制策略35-40
• 3.1 最大功率跟踪控制36
• 3.2 桨距角控制36-37
• 3.3 变流器机侧控制37-38
• 3.4 变流器网侧控制38-39
• 3.5 小结39-40
• 第4章 基于PSCAD的直驱永磁风力发电机组建模40-55
• 4.1 仿真软件简介40
• 4.2 风轮模型40-43
• 4.3 轴系模型43-44
• 4.4 永磁同步发电机模型44-45
• 4.5 最大功率跟踪控制模型45-46
• 4.6 桨距角控制模型46-48
• 4.7 变流器及其控制模型48-54
• 4.7.1 可控整流器模型48-49
• 4.7.2 可控逆变器(包含控制器)建模49-52
• 4.7.3 变流器整流器(机侧)控制模型52-53
• 4.7.4 变流器逆变器(网侧)控制模型53-54
• 4.8 小结54-55
• 第5章 基于PSCAD的直驱永磁风力发电机组仿真55-70
• 5.1 仿真系统及参数设置55-56
• 5.1.1 单机-无穷大系统55
• 5.1.2 主要参数设置55-56
• 5.2 PSCAD负载模型及仿真结果56-63
• 5.2.1 系统接固定负载模型56-60
• 5.2.2 系统接可变负载模型60-63
• 5.3 系统稳态运行仿真建模及仿真分析63-65
• 5.4 系统故障运行仿真模型及仿真分析65-69
• 5.5 小结69-70
• 第6章 结论与展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作74-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 尹明;李庚银;张建成;赵巍然;薛轶峰;;直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略[J];电网技术;2007年15期

2 李建林,张仲超;几种适合于有源电力滤波器的控制策略的对比分析[J];机车电传动;2003年04期

3 李长红,陈明俊,吴小役;PMSM调速系统中最大转矩电流比控制方法的研究[J];中国电机工程学报;2005年21期

4 刘毅;谭国俊;李渊;;基于双三电平变流器永磁直驱风力发电系统[J];电机与控制应用;2011年04期

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本文编号：602932