【正文】 種控制策略的比較 ................................................................................................. 27 矢量控制的通用數(shù)學(xué)模型和內(nèi)模控制的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型的比較及分析 ........... 27 逆系統(tǒng)內(nèi)模控制策略與通用策略的比較 ........................................................... 27 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 28 第五章 并網(wǎng)運(yùn)行勵(lì)磁矢量控制策略 ......................................................... 29 并網(wǎng)運(yùn)行的運(yùn)行方式簡(jiǎn)述 ......................................................................................... 29 空載并網(wǎng) ............................................................................................................... 29 負(fù)載并網(wǎng)方式 ....................................................................................................... 30 空載并網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型及策略 ..................................................................................... 31 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 33 第六章 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的 MATLAB SIMULINK 仿真 ....................... 34 仿真內(nèi)容及結(jié)果 ......................................................................................................... 34 風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)的建模及仿真 ................................................................................... 34 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行建模 ........................................................... 34 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的建模 ........................................................... 37 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行模型的整合 ................................................................... 38 仿真結(jié)果分析 ............................................................................................................. 39 突變風(fēng)速 ............................................................................................................... 40 漸變風(fēng)速 ............................................................................................................... 42 正弦波風(fēng)速 ........................................................................................................... 44 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 45 第七章 總結(jié)與展望 .................................................................................... 46 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................... 47 V 致 謝 ......................................................................................................... 50 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 課題背景及研究現(xiàn)狀 課題背景 在人類面臨能源 危機(jī) 、環(huán)境 污染 兩大緊迫問題的今天， 發(fā)展可再生的“綠色”新能源是世界各國(guó)能源戰(zhàn) 略的重點(diǎn)。在各類能源之中， 風(fēng)能作為一種取之不盡、清潔無污染、具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的能源 ,由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn) [1]。 風(fēng)力發(fā)電所使用的發(fā)電機(jī)是 風(fēng)力發(fā)電的靈魂， 其種類 主要包括雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁直流驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等 。 目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)多種多樣，其中 雙饋式的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因?yàn)樗囊幌盗?優(yōu)點(diǎn)而 逐漸 成為 現(xiàn)代 風(fēng)力 發(fā)電機(jī) 主力技 術(shù) 。 在這種發(fā)電技術(shù)下，變速恒頻雙饋電機(jī)是當(dāng)之無愧的 主流機(jī)型 ,這種方式下 ,我們一般遵循風(fēng)能捕獲的最大效率性的方式 ,通過時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速 來跟蹤變化的風(fēng)速，使轉(zhuǎn)子一直運(yùn)行在最優(yōu)的轉(zhuǎn)速下 ,并且通 過 跟蹤 最佳葉尖比 ,在所有的風(fēng)速下使其 可獲得最佳的功率輸出。 這種發(fā)電系統(tǒng)一般是由異步電機(jī)和接在轉(zhuǎn)子處的 PWM 變頻器，及繼電保護(hù)的檢測(cè)裝置構(gòu)成。與一般的速度頻率一定的發(fā)電技術(shù)相比 , 變速恒頻 的風(fēng)力方式 的優(yōu)越性在于 : 風(fēng)速較低 時(shí) ，它能夠 在運(yùn)行中 根據(jù)不同風(fēng)速 , 不斷調(diào)整，來 保持最佳葉尖速比 ，這樣能 獲得最大 的 風(fēng)能 , 從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有功功率及 無功功率的解耦控制 。 在 高風(fēng)速時(shí) ，它可以利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的 變化 ,通過轉(zhuǎn)差率的改變，相對(duì)地存儲(chǔ)或釋放轉(zhuǎn)子側(cè)的能量 , 從而 提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性 的性質(zhì) , 使 得 輸出更加平穩(wěn) 的 功率。 另 外 , 這種風(fēng)力發(fā)電方式 在并網(wǎng)時(shí) , 電流沖擊 很小，所以異步電機(jī) 并網(wǎng)時(shí)沖擊電流過大的問題 可以改善。并且，由于 雙饋 式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作頻率和電網(wǎng)頻率彼此之間是相互獨(dú)立的 ,，故而 轉(zhuǎn)速變化時(shí) , 我們無須擔(dān)心 直接并網(wǎng)運(yùn)行時(shí) ，電機(jī)可能出現(xiàn) 失步 之類的 問題 [3]。 研究 現(xiàn)狀 我國(guó)是世界上風(fēng)力資源占有率最高的國(guó)家 ，風(fēng)力資源的使用也相對(duì)較早 ，據(jù) 有關(guān) 資料的 統(tǒng)計(jì)，如果 我國(guó)的 風(fēng)力資源開發(fā)率達(dá) 到 60%， 則僅僅 風(fēng)能發(fā)電 這一種發(fā)電方式 就可 以滿第一章 緒論 2 足 我國(guó) 當(dāng) 前 電力 的全部 需求。 相對(duì)國(guó)外而言，我國(guó)的 風(fēng)力發(fā)電 的研究 起步較晚 ，是在 20 世紀(jì) 80 年代才 開始 發(fā)展起來的 。 同 世界上德國(guó)、美國(guó)、西班牙等 風(fēng)力資源豐富的大 國(guó)相比還 是 有 著相當(dāng)大的 差距 ， 在這些發(fā)達(dá) 國(guó)家 中， 風(fēng)能的開發(fā) 及 利用 已 經(jīng) 相當(dāng) 得 普及， 風(fēng)力發(fā)電 的發(fā)電量 在電網(wǎng)中占 具著 相當(dāng) 大的 比重 ，以美國(guó)為例， 20 世紀(jì) 80 年代初期 美國(guó)已經(jīng) 安裝了 1700 多 臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 ，總 的基本的 裝機(jī)容量達(dá)到 了 3 MW。全球而言， 到 20 世紀(jì) 80 年代 末，共有大型 風(fēng)力電機(jī) 2 萬 多 臺(tái)，總 的 裝機(jī)容量 達(dá)到了 2 GW。 同時(shí)，由于科技的進(jìn)步， 國(guó)際市場(chǎng) 上的 風(fēng)力發(fā)電的 成本 在 不斷 地 降低， 風(fēng)力 發(fā)電 的 成本僅為 8 美分 /kWh， 維持風(fēng)力發(fā)電 運(yùn)行維修費(fèi) 用 為 美分 /kWh。 綜合而言， 無論 是 從 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 容量 的 投資、年發(fā)電 的電 量、 設(shè)備正常 運(yùn)行的維護(hù) 費(fèi)用及 設(shè)備 運(yùn)行 的相對(duì)地 穩(wěn)定性等指標(biāo) 比較而言 ， 以 200～ 500 kW 的中型風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組 系統(tǒng) 競(jìng)爭(zhēng)力 最大 。 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景 我國(guó) 擁有 廣闊 的 地 域 ， 并且 海岸線長(zhǎng) ，擁有著得天獨(dú)地的自然環(huán)境優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力資源豐富 。據(jù) 有關(guān)數(shù)據(jù) 統(tǒng)計(jì)， 我 國(guó) 的 風(fēng)能密度 的平均水平 約為 100 W/m2，風(fēng)能總量 估計(jì)約 為 3226 GW， 這些能源中陸地上的 可供開發(fā)利用的 風(fēng)能 總量 水平 約為 253 GW。 尤其 在我國(guó) 的一些地區(qū)諸如 東北、西北、華北、海南及西青藏 高原 ， 東南沿海及附近島嶼， 風(fēng)能資源尤為豐富。這些地區(qū)的 年平均風(fēng)速 均值 在 3 m/s 以 ，年平均受風(fēng) 時(shí)間 將 近 4000 h， 特別的，其中的部分 地區(qū)的年平均風(fēng)速 的均值 在 6～ 7 m/s 以上， 這些地區(qū) 對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來說，開發(fā)價(jià)值和利用空間很大。 與此 同時(shí) ， 我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電仍然面臨 著 許多難題， 這些難題 主要是 關(guān)于較高的 工程造價(jià)和上網(wǎng)電價(jià) 。 我國(guó)風(fēng) 力發(fā) 電 技術(shù)仍舊 處于 初期 的發(fā)展 階段， 不完善的 國(guó)家政策、經(jīng)濟(jì)因素 直接 限制 了 風(fēng)力發(fā)電 技術(shù)實(shí)現(xiàn) 商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化 的 發(fā)展 模式 ， 為了大力推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電 ， 我國(guó) 不僅 應(yīng)該 出臺(tái)保護(hù) 本土風(fēng)力發(fā)電的 政策， 而且 鼓勵(lì) 風(fēng)力發(fā) 電的 競(jìng)爭(zhēng)， 同時(shí)也應(yīng)該大力支持 產(chǎn)業(yè)化 的 發(fā)展 。目前，我國(guó)針對(duì) 了 風(fēng)力發(fā)電 諸多缺點(diǎn)，例如 一次性投資 費(fèi)用 較高、 每年的 年運(yùn)行小時(shí)數(shù) 較 低 ，回報(bào)速率較慢 等 ， 開始 著手 推進(jìn) 風(fēng)力發(fā)電的商業(yè)化 進(jìn)程。發(fā)展風(fēng)電的總體策略是， 一方面 我們 要 制定地方 性的 優(yōu)惠政策 ，大力促進(jìn) 地方政府的積極性 ，例如對(duì)風(fēng)力發(fā)電 的企業(yè) 給予 一些 補(bǔ)貼，鼓勵(lì) 新興企業(yè) 利用風(fēng)力資源。另一方面， 我 國(guó) 同時(shí)應(yīng)該大力推進(jìn) 技術(shù)創(chuàng)新和科研開發(fā)， 不斷的改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù) ，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電 的普及化和現(xiàn)代化 。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 利用風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)越性 風(fēng)力發(fā)電有著其他發(fā)電方式不可比擬的 發(fā)展前景和 優(yōu)越性。 風(fēng)電的 優(yōu)越性 大體可歸納如下 。 1. 風(fēng)能 干凈無污染可再生， 綠色循環(huán)可持續(xù) 。 2. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)在越發(fā)成熟 可靠， 這種發(fā)電方式下，風(fēng)能利用率 達(dá) 95%以上。 3. 風(fēng)力發(fā) 電 與 油電和核電 ，核電等發(fā)電方式相比，由于 發(fā)電成本 相對(duì)比較 較低 ，經(jīng)濟(jì)效益較高。 4. 風(fēng)力發(fā)電 的 組 裝方便 ，建設(shè)的工期周期較短 。 5. 風(fēng)力發(fā)電的 易 于 操作 ，投資相對(duì)靈活 。 內(nèi)容安排 論文的主要章節(jié)安排如下： 第一章， 簡(jiǎn)述課題背景、發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì) ，以及優(yōu)越性。 第二章 ， 詳述了風(fēng)機(jī)的基本原理以及特性，以及 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域 ，具體分析了啟動(dòng)階段，變化階段，功率恒 定階段的最大風(fēng)能追蹤。 第三章 ，詳述了 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理，推出了雙饋電機(jī)在 abc 三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，然后介紹了坐標(biāo)變換，最后將 abc 三相靜止坐標(biāo)系下的模型變換到 d,q 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的模型，從而得到去耦的，常微分形式的雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型。 第四章 ， 詳細(xì)闡述了雙饋電機(jī)定子磁鏈定向的矢量控制以及逆系統(tǒng)的內(nèi)?？刂频脑?，并分別對(duì)二者的原理做了分析，并作出了比較。 第五章，本章詳細(xì)分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)的方式，并做了比較。具體闡述了空載并網(wǎng)的控制模型及控制策略。 第六章，對(duì)雙饋電機(jī)的空載運(yùn)行系統(tǒng)，以及空 載并網(wǎng)系統(tǒng)的模型進(jìn)行整合及仿真，分別采用定子磁鏈定向和最大風(fēng)能利用的策略以及空載并網(wǎng)策略進(jìn)行控制，驗(yàn)證控制策略的可行性。 第二章 風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ) 4 第二章 風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論 論文研究的重點(diǎn)在于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的控制，因此對(duì)風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性不做深入討論，但風(fēng)力機(jī)作為整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的首要部件，并且也是研究最大風(fēng)能追蹤控制原理的基礎(chǔ)，所以對(duì)風(fēng)力機(jī)的基本運(yùn)行特性還是需要做一些 細(xì)致的了解。其中，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖將在在第三 章中的圖 21 給出 。 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為 機(jī)械能，繼而為風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)提供能量。具體為，風(fēng)以一定速度及角度作用在漿葉上，從而使?jié){葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，最后通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能。 通過查閱