文档介绍：哈尔滨理工大学
硕士学位论文
直驱风力发电变流器控制系统的研究
姓名:鲁闯
申请学位级别:硕士
专业:Power Electronics and Electrical Drives
指导教师:朱东柏
20090301
哈尔滨理丁人学秎:学位论文
直驱风力发电变流器控制系统的研究
摘要
直驱永磁风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点,
成为继双馈感应风电机组之后的又一重要机型,受到广泛关注,并逐渐开始
投入使用。变流器是直驱风力发电系统中的一个重要的组成部分,它能实现
对发电机输出电压、电流、有功功率和无功功率等参数的快速动态调节,掌
握其运行特性并提高风电机组的风能捕获效率是当前风力发电技术的研究热
点之一。
本文首先分析了目前风力发电的现状,变流技术研究的背景和意义,综
述了风力发电技术的发展趋势。其次在比较了当前直驱型风力发电机组的各
种变流电路的基础上,采用双刂菩椭鞯缏方峁埂6猿<畲蠓缒茏
踪控制算法进行分析,提出一种依据灰色理论,利用动态,模型进行
预测,当达到最大功率点附近时,利用最小二乘法进行拟合,计算出最大功
率点的新方法,并给出其与实际最大功率点的相对误差。根据直接功率控制
原理,建立了髌骱蚉逆变器的数学模型,并基于抡
软件搭建容量为鼻头缌Ψ⒌缁低撤抡嫫教ǎ抡娼峁橹じ每
制方案能很好的跟踪风力发电机输出最大功率,具有更高的风能利用效率,
系统工作稳定可靠的优点。
在仿真基础上对咧鼻头缌Ψ⒌绫淞飨低辰辛擞布腿砑
计,详细介绍了变流系统主电路的设计,包括选型,给出电容、电感
参数,最后,介绍基于挠布7⑵教ǎ–单元,电
压电流采样单元,通信单元和驱动电路的原理及其应用电路等,给出
了机侧和网侧程序的流程图,并介绍了氖质迪址椒ā
关键词直驱风力发电:永磁同步发电机;最大功率点跟踪;,模型
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课题研究的背景及意义
风能属于可再生能源,具有取之不尽、用之不竭、无污染的特点。人类
面临的能源、环境两大紧迫问题使风能的利用日益受到重视。我国的风能资
源丰富,可利用的潜能很大,大力发展风电与水电是我国长期的能源政策。
而其中风电是可再生能源中最具发展潜力和商业开发价值的能源方式。从
世纪年代问世的现代并网风力发电机组,只经过多年的发展,世界上
己有近个国家开发建设了风电场乔捌谧苁倍甑祝绲绯
总装机容量约淄约是前期总数的。随着计算机与控制技术
的飞速发展,风力发电技术的发展也极为迅速,其单机容量从最初的数十千
瓦发展到最近进入市场的兆瓦级机组;控制方式从基本单一的定桨距失速控
制向全桨叶变桨距和变速控制发展,预计在最近的昴诮瞥鲋悄苄头缌
发电机组;运行可靠性从世纪年代的%提高到%以上,并且风电
场中的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制。目前,德国、美国、
丹麦以及亚洲的印度对风能的利用和研究处于世界领先水平,他们的风力发
电总装机容量位居世界前列,且未来计划投资有增无减。据国际能源署
预测,年,
总电量达万亿千瓦,占年全球总发电量的%。
瓦的风电容量,总投资估算约需亿美元,这将是全球机电制造业和风电
建设的一个巨大市场【。
能源是现代社会和经济发展的基础。众所周知,自然界存在的矿物能源
储量是有限的,如石油、煤炭、天然气等。一方面,这些能源随着人类的不
断开采和自身的变化储量不断减少,终有一天会枯竭;另一方面,随着人类
本身不断的发展,各国工业对能源的需求也越来越大。经济的发展与人口的
增长使得能源需求同益增加,同时以煤炭、石油和天然气为主的常规能源对
自然环境产生了严重的污染和破坏,人类正面临着能源利用和环境保护的双
重压力。自年发生石油危机以来,世界各国都在寻求替代化石燃料的能
源,投入大量的经费进行研究开发,推动了太阳能、风能等可再生能源的发
展,因此风能、太阳能成为近期最具有大规模开发利用前景的可再生能源。
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此外风能、太阳能等可再生能源还具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优
点,因而具有广泛的应