变速恒频交流励磁风力发电机系统及其控制原理.doc

河海大学 硕士学位论文 变速恒频交流励磁风力发电机系统及其控制原理研究 姓名：艾斯卡尔 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：潘文霞  摘要 近年来，风能作为一种可再生的清洁能源日益受到世界各国的广泛重视，风力发电快速发展已 有将近?年的历史，其中基于变速恒频技术的交流励磁风力发电机发电方案已经是风力发电中的 一大重点课题。交流励磁发电机作为发电机运行的风力发电系统，利用变速恒频技术后可大大提高 风能的利用率。交流励磁发电机可改善电力系统稳定性，转子转速可变，具有独立的有功无功调节 能力，可以深度进行运行而不失步．特别适用于风力发电、抽水蓄能电站等场合。 本文全面介绍了一种最新应用于风力发电的变速恒频技术、基于变速恒频技术的新型电机一交 流励磁发电机及交流励磁风力发电机系统的各种控制原理。并分析了交流励磁风力发电机作变速恒 频运行时的工作原理，阐述了与同步发电机、异步发电机的不同之处，分析了其能量平衡关系，在 分析并仿真了其有功和无功特性、转矩和功率调节特性、稳态运行和机械特性，证明了发电机的性 能由转差率、转子电压的相位和幅值、定转子电压相位差所决定的。本文利用定子磁场定向的矢量 控制技术实现了交流励磁发电机有功功率和无功功率的解耦和独立控制，通过对电磁转矩进行矢量 控制后得到了交流励磁发电机相似于直流电机的转矩方程式。本文在仿真风速和风机特性的同时， 构造整个系统模型并对变速恒频和恒速恒频技术的优缺点进行了仿真分析比较。本文提出了最大风 能的抓获策略，并跟变速恒频技术相结合进行相应的仿真。仿真结果表明，采用最大风能抓获策略 后，发电机转速可以控制在更接近于发电机理论最佳角速度的水平上。最终在上面仿真分析的基础 上，对交流励磁风力发电机系统的并网控制和电压控制进行了定性分析，验证了交流励磁发电机具 有较深的进行运行能力。本文研究结果表明，采用定子磁场定向矢量控制的交流励磁风力发电机系 统具有许多优越的性能，且本文采用的控制技术和进行的控制相关分析都是可行的。 关键词： 风力发电变速恒频技术交流励磁发电机矢量控制 风能追踪控制并网控制 和进相运行  ???? ? ?? ????縯 ?? ???．?? ? ??? ??? ??班??? ? ??? ???．? ?? ? ?? ?? ????? ?? ?????? ? ?????? ? ?? ?? ?? ?? ?? ? ????? ? ?? ??? ?????．??? ??? ?? ?? ????? ???? ?????，? ?? ? ?? ??? ????? ??，? ??????????? ?? ??????? ? ??????? ????? ??甮??’ ???????? ?? ? ? ?? ??? ?? ? ? ?? ? ?? ????? ??? ????? ???? ? ? ?? ??琫? ??? ??? ?? ?? ???? ???．????? ? ??? ??? ?? ??? ???????????．???? ? ???? ??? ?? ????? ? ???．? ? ???産 ????? ????? ????? ??? ??畄 ???? ? ??? ???，??? ? ?? ????? ???? ???? ? ?．? ?? ???? ??? ??????? ? ????? ????瑃? ?????? ?? ??? ? ??????? ??? ??? ?????’???—??? ?? ???? ?? ?????? ????? ?? ??? ????琯??????? ????? ??? ?? ?? ??? ????甌????? ??? ??? ????? ?? ???????? ?? ?? ???? ?????，??????? ??? ?????，? ???  本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不 实，本人负全部责任。 铲月二 ? 学位论文使用授权说明 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部或部分内容的公布??n???授权河海大学研究生院办理 圳年 论文作者?┟?： ?日 乒月  ??引言 风是人们非常熟悉的一种自然现象，是地球表面大气层各处之间存在气压差的结果。 人类利用风能已有数千年的历史，在蒸气机发明以前风能曾经作为重要的动力，诸如埃及、荷 兰、丹麦等国都