【正文】 是一種安全、清潔、充足，大多來自太陽能，屬于能不斷提供的可再生能源。 unbalanced。研究了在不同的不平衡度下，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩，以及定子電流等參數(shù)的輸出特性。本文以雙饋風(fēng)機(jī)不平衡情況下的輸出特性為主要研究對象，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要模塊進(jìn)行了建模仿真，分析了各種不平衡度下雙饋風(fēng)機(jī)的輸出特性，得到了一些具有實際意義的成果。參考資料1. 鄧雅．不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器控制策略研究。（ ）；（ ）；（ ）。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：電網(wǎng)電壓平衡條件下，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制策略；建立電網(wǎng)電壓不平衡條件下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的模型；采用電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG的數(shù)學(xué)模型，選取適當(dāng)?shù)目刂颇繕?biāo)，設(shè)計基于PR諧振調(diào)節(jié)器不平衡控制策略；研究電網(wǎng)電壓不平衡度大小對雙饋風(fēng)電機(jī)組輸出特性的影響。北京：北京交通大學(xué)2. J．B．Hu，Y．K．He．Modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced grid voltage conditions．Electric Power Systems Research，2009，79：2732813. 相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)文獻(xiàn)；建立風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型；完成開題報告和文獻(xiàn)綜述。首先研究了風(fēng)速和風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分別研究了它們的輸出特性。最后，用對稱分量法研究了不平衡條件下，雙饋風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了正反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，分別由各自正，負(fù)序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程。 dq coordinatesI 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 選題的依據(jù)和意義 1 研究不平衡電網(wǎng)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性的意義 1 國內(nèi)外研究動態(tài) 2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 2 不對稱電網(wǎng)下DFIG變流器的控制 3 研究的主要內(nèi)容 5第2章 風(fēng)速模型和風(fēng)力機(jī)模型的建立 6 風(fēng)速模型的建立 6 風(fēng)力機(jī)模型的建立 8 本章小結(jié) 12第3章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模與輸出特性 13 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行原理 13 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 14 不平衡度的計算方法 15 雙饋電機(jī)正常情況下的仿真 16 雙饋電機(jī)不平衡情況下的仿真 20 本章小結(jié) 24第4章 不平衡情況下雙饋風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 26 對稱分量法 26 不平衡條件下雙饋風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 28 與電網(wǎng)連接的雙饋風(fēng)機(jī)不平衡情況下的仿真 31 本章小結(jié) 34結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 37致謝 39附錄 40III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 選題的依據(jù)和意義能源是人類經(jīng)濟(jì)社會生活不可缺少的一部分，隨著社會的進(jìn)步，全球能源需求量不斷的增加，而非可再生能源如煤、石油的儲量逐漸減少。全球風(fēng)能儲量巨大，任何國家和地區(qū)都有分布，通過調(diào)查估算可以轉(zhuǎn)換為電能的風(fēng)力資源約53萬億kWh每年，大約為20年后全球電力需求的兩倍[1]。目前DFIG風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻運行主要是通過對轉(zhuǎn)子側(cè)背靠背變流器采用dq軸解耦控制來實現(xiàn)的。當(dāng)前文獻(xiàn)所研究的主要是在正常平衡電網(wǎng)電壓下的理論，對于不平衡電網(wǎng)電壓下研究的還比較少。電網(wǎng)電壓不平衡條件下，基于電網(wǎng)電壓平衡設(shè)計的電網(wǎng)側(cè)變流器的交流側(cè)包含負(fù)序分量，直流母線電壓出現(xiàn)波動，影響直流母線電容的壽命。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可按照捕獲最大風(fēng)能的要求，在風(fēng)速變化時實時調(diào)節(jié)風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)輪機(jī)在大部分情況下都能按照最佳效率運行，從而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行效率，變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)捕獲風(fēng)能的能力比定速恒頻風(fēng)力發(fā)電系多出28%[3]，并且減小了風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械應(yīng)力。雙饋弄變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以提高風(fēng)能捕獲能力和轉(zhuǎn)換效率，改善并優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行條件，是一種優(yōu)化的具有良好應(yīng)用前景的風(fēng)力發(fā)電解決方案。2009年2月國家電網(wǎng)公司己頒布風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)新規(guī)定[5]，規(guī)定中明確強調(diào)電網(wǎng)電壓允許長時間存在最大不平衡度2%的小值穩(wěn)態(tài)不平衡情況，要求風(fēng)電機(jī)組能夠承受一定程度的負(fù)序電流不脫網(wǎng),還應(yīng)能承受穩(wěn)態(tài)最大達(dá)2%的不平衡電壓而不跳閘,即風(fēng)電場并網(wǎng)點的負(fù)序電壓不平衡度2%、短時4%的情況下,風(fēng)電場中的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能持續(xù)不脫網(wǎng)正常運行[6]。其主要研究成如下：1. 針對電網(wǎng)電壓不對稱故障狀態(tài)下傳統(tǒng)控制策略的缺點，在增強型鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上建立了DHG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的改進(jìn)的控制策略，采用的是抑制轉(zhuǎn)子電流負(fù)序分量的方案，此控制策略可有效的減小轉(zhuǎn)子電流的諧波含量，電磁轉(zhuǎn)矩的脈動和電網(wǎng)功率的二次紋波[11]。3. 逆變器采用PI調(diào)節(jié)理論上能實現(xiàn)無靜差的輸出電壓控制[13]。通過 Matlab／Simulink對 PS．VS控制及 NS．VR控制的綜合控制仿真結(jié)果表明，該控 制策略實現(xiàn)了風(fēng)電場電網(wǎng)電壓非對稱狀態(tài)下雙饋風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)并網(wǎng)條件的明顯提升[16]。然后，研究了電網(wǎng)電壓正常情況下，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行原理及其輸出特性。利用對稱分量的方法，建立了DFIG在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別由各自正，負(fù)序分量表示的DFIG電壓，和磁鏈方程，畫出了正反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG的等效電路模型。根據(jù)以上三個式子建立simulink下的風(fēng)速仿真模型，如圖21所示。從仿真圖上可以看到，這樣的風(fēng)在一定程度上可以反應(yīng)真實情況下的風(fēng)速變化情況，其中包含時刻在波動的白噪聲，偶爾突然增大瞬間又減小的陣風(fēng)，增大后能保持一段時間的階躍風(fēng)，以及一直保持的基本風(fēng)。由上式可見[17]，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于靜態(tài)運行時，風(fēng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩等于發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。由式(29)可見，當(dāng)槳矩角恒定時，在不同風(fēng)速的情況下，只需要控制風(fēng)力機(jī)使其能保持在最佳的葉尖速比下運行，就可以確保風(fēng)力機(jī)取得最佳功率系數(shù)，實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲功率。先假設(shè)風(fēng)速與風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速成正比K，在仿真時調(diào)節(jié)K值，使葉尖速比與捕獲功率達(dá)到最大，通過查閱文獻(xiàn)[17]可知，當(dāng)最佳葉尖速比為8時，捕獲功率最大，所以調(diào)K值，使仿真圖中代表葉尖速比的近于8即可。第3章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模與輸出特性 第3章 雙饋風(fēng)機(jī)的建模與輸出特性 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行原理 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與繞線式異步電機(jī)相似，定子采用三相分布式繞組，轉(zhuǎn)子側(cè)也采用三相分布式交流繞組。由于定子側(cè)直接與電網(wǎng)連接，所以它的頻率不變，而轉(zhuǎn)子側(cè)受風(fēng)速變化的影響。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，可以通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率，保證定子電流頻率恒定不變，實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。通過對正常情況下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)分析，建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)下雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓方程，磁鏈方程，電磁轉(zhuǎn)矩方程和運動方程。為dq坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子繞組等效為兩相繞組的自感，且。其中線電壓的基波有效值可以利用俌利葉變換模塊設(shè)定為電網(wǎng)電壓頻率取得。圖319 不平衡度為3%時定子電流波形圖320 不平衡度為10%時定子電流波形圖319和320表示了不平衡度為3%和10%時時定子電流的波形，從圖上可以看到不平衡度越大，電流畸變越大，這種電流在實際中會導(dǎo)致定子繞組發(fā)熱，影響電機(jī)壽命。 本章小結(jié)本章研究了電網(wǎng)電壓正常情況下，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行原理及其輸出特性。對于任意的三相電磁量，由對稱分量法得： (41)其中， (42) (43)式中，為電網(wǎng)電壓的角頻率；和分別表示為正序分量的初相位和幅值，和分別表示為負(fù)序分量的初相位和幅值，而下標(biāo)“+”和“”分別表示正序和負(fù)序分量。利用式(414)對(411)式，分別進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換，有 (417) (418)式中表示正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的正序分量，是直流量；表示正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中系的負(fù)序分量，是二倍頻的交流量；表示反轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的負(fù)序分量，是