风力发电双馈发电机的建模和仿真毕业论文

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1、2上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称风力发电双馈发电机的建模和仿真学院电气学院专业电气工程及其自动化班级BG0901学号091001010130姓名项峰指导教师刘军定稿日期：2013年2月25日7风力发电双馈发电机的建模和仿真摘要：能源的不断消耗与环境的逐渐恶化已经成为世界各国共同关注的话题。作为一种可永久使用的清洁能源，风能得到了越来越多的重视。风力发电技术的快速发展，带动了风电产业的迅速繁荣。风力发电机组已经由初期的恒速恒频风力发电发展到现在的兆瓦级变速恒频风力发电，而双馈异步电机是变速恒

2、频风力发电系统的核心，而且技术比较成熟。本论文分析了双馈异步电机的基本运行特点，得到双馈风力发电机的数学模型，建立起定子磁链定向矢量控制系统。最后，运用MATLAB/SIMULINK，完成双馈发电机控制系统的仿真建模，选用PID控制实现风力发电最大风能控制。关键词：风力发电；双馈电机；MATLAB仿真；数学模型；PID控制；1.文献综述自20世纪70年代初第一次世界石油危机以来，能源日趋紧张，各国相继制定法律，以促进用可再生能源来代替高污染的能源。从世界各国可再生能源的利用与发展趋势看，风能、太阳能和生

3、物质能发展速度最快，产业前景也最好。风能作为一种分布广泛、没有碳排放的清洁永续能源，在世界各地得到广泛应用[1]。而风能的各种利用形式中，效率最高，使用最为方便的是风力发电。世界上很多国家都已经将风电事业作为本国调整能源结构，缓解环境污染的一种重要途径，并出台了相应的扶持政策，以鼓励风力发电行业迅速发展。目前，世界上主要的风力发电技术有定桨距调节风电技术、变桨距调节风电技术、主动失速调节技术和变速恒频风力发电技术[2]。其中变速恒频风力发电技术由于其良好的最大风能追踪利用率，较宽的运行范围，灵活有效的功

4、率控制策略等诸多优势，成为了目前运用最为广泛风电技术。其中交流励磁双馈发电机和永磁发电机是两个风力发电机的发展方向，现在使用最普遍的还是交流励磁双馈发电机[3,4]。风机中的永磁风力发电机采用全功率变换，效率高，但是缺点是永磁体成本高，变换器成本高却性能不稳定，发电机体积总量大，运输困难，而且安装比较困难。而双馈风力发电技术因为在低风速时，可以调节发电机转矩获得最大风能，高于额定风速时，可以改变桨叶节距角来维持额定功率等优点，而成为风力发电技术的重要发展方向[5,6]。7目前，风力发电系统主要有恒速恒频

5、风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行范围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。传统的恒速恒频发电方式由于只能固定运行在某一转速上才能达到最高运行效率，当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降，并增大风力机的磨损。若采用变速恒频发电方式，可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接，比传统的恒速恒频发

6、电系统更易实现并网操作及运行。常见的变速恒频风力发电又有带齿轮箱的全功率变化器型变速恒频风力发电系统、无齿轮箱的全功率变化器型变速恒频风力发电系统和交流励磁变速恒频双馈异步风力发电系统。所以研究双馈发电机的控制以及变速恒频发电系统对提高风力发电技术能级具有重要意义[7,8]。2.选题背景及其意义能源是人类活动的物质基础，伴随着人类文明的不断进步和科学技术的革新，科技发展水平得到了极大的提高，人类的生活质量也得到了极大的改善。与此同时，人类对能源的消耗总量也与日俱增。然而，作为世界能源主要来源的煤、石油以

7、及天然气等化石能源，由于自身储量有限及不可再生等特点，日渐枯竭，已经无法满足人类日益增长的能源需求。在各类可再生能源中，风能具有储量大，易于开发利用，技术相对成熟等优点[9]。目前，风能的各种利用形式中，效率最高，使用最为方便的是风力发电。传统的风力发电系统主要使用定桨距风力机，采用恒速恒频发电方式，由于只能固定在某一转速上，当风速变化时风力机必定偏离其与最大风能相对应的最佳速度，导致风力资源浪费、发电效率下降。为在各种风速下实现最大风能捕获，需根据风速调节风力机的转速,即作变速恒频发电运行，实现变速恒

8、频发电的方式很多，其中交流励磁方案很具优势。由于双馈电机的技术比较成熟以及成本比永磁电机低，这种变速恒频方式多采用双馈型发电机，其定子并网,转子由变频器提供三相滑差频率电流进行励磁，在追踪最大风能捕获的变速运行中,随时调节励磁电流的频率、相序[10]，使发电机能在同步上、下广泛范围内作变速恒频运行。基于永磁发电机成本高，稳定性差，而双馈异步电机技术比较成熟，可靠性高的情况才选择了此次的课题。本设计是基于通过了解双馈异步电机的基本运行原理，再