开题报告--基于双馈异步发电机的控制策略研究.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论 文）开题报告题目：基于双馈异步发电机的控制策略研究毕业设计（论文）开题报告表课题名称基于双馈异步发电机的控制策略研究课题来源科研课题课题类型工程技术研究类指导教师 学生姓名 学 号 专 业电气工程及其自动化课题的意义以及国内外发展状况：(1) 意义: 在世界经济快速发展的今天，风能的利用是世界上发展速度最快的科学技术之一。欧洲风能研究会指出，最近6年来，人类从风力上得到的能源年增30%，北美洲国家、中国、日本、印度以及南美洲和欧洲的部分国家都在大力发展风能。发展风能是我国实施能源可持续发展战略的重要措施。我国有丰富的风能资源，又有国外成熟的技术可以借鉴，大规模开发风电的条件已经具备。我国风能资源非常丰富，全国可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦，资源分布也很广。从能源长远发展战略来看，人类必须寻找一条发展清洁能源的道路，而包括风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、氢能和核能等在内的新能源和可再生能源恰恰被普遍认为是一种无污染的资源。20世纪70年代以来，世界各国政府和国际组织都相继投入了大量的资金用于新能源和可再生能源的开发，尤其把对常规能源最具有竞争力的风力发电，作为促进电力结构多样化及环境与生态改善重要途径。 风力发电是目前可再生能源各种技术中发展最快、技术最为成熟、最具大规模开发和商业化前景的产业，是最有可能成为主流电源的可再生能源技术之一。其所具有的取之不尽、用之不竭、不污染环境、不破坏生态的特点决定了在保证未来人类社会永续发展中必然扮演重要角色。积极促进风电的开发利用，是优化能源结构，保障能源安全，缓解能源利用造成的环境污染，促进能源与经济、能源与环境协调发展的重要的选择，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要途径。在风力发电中，由于风速变幻莫测，所以研究风力发电先进技术，提高风力发电机组的效率，最充分地利用风能资源，有着十分重要的意义。采用灵活的交流励磁调速，其转速变化范围较宽、响应速度快，能够快速跟踪风速变化运行于最佳转速，在很大风速范围内都能有较高的风能捕获效率；同时，自身还具有灵活的无功功率调控能力；所需配置的变流器的容量仅为风电机组额定容量的30%左右。因此，与笼型风电机组、永磁同步风电机组相比，双馈异步风电机组兼有功率控制灵活、成本较低等优点，而成为目前主流的风力发电机型。因此在风力发电中，将双馈异步发电机作为发电机组，对其进行控制，从而实现最大风能捕获的高效发电运行。 (2) 国内外发展状况：全球风电发展进入一个高速发展的时期。近十多年来，全球风电产业一直处于持续增长态势，19952006年，全球累计装机容量平均增长28.3%，2006年新增装机容量1519.7万kW。其中，美国、德国、印度、西班牙和中国是新增装机容量前5位的国家，分别达到245.4万kW、219.4万kW、184.0万kW、158.7万kW和133.7万kW。2006年底，全球风电累计装机容量为7422.3万kW。在全球风电产业持续快速发展过程中，欧洲风电一直处于领跑地位。按照欧洲几年前制定的发展规划，风电装机容量在2010年要达到4000万kW，而到2005年底，欧洲实际装机容量就已经达到4090.4万kW，已提前5年实现了2010年装机目标。根据欧洲风能协会预测，世界风电装机2010年为2亿kW，2020年为12亿kW，2030年为27亿kW。届时风电将分别占世界总量的2.26%、12%和21%，风电将逐渐成为主要的替代能源。全球风力发电机组制造出现新的发展趋势：首先，风电机组单机容量持续增大。安装大容量机组能够降低风电场运行维护成本，降低整个风力发电成本，从而提高风电的市场竞争力。同时，随着现代风电技术的日趋成熟，风力发电机组技术朝着提高单机容量，减轻单位kW重量，提高转换效率的方向发展。例如，在上世纪90年代，600kW风机占据风机市场的主流。到2001年，新装机的风电场，基本上以MW级以上的风机为主。2000年新装单机容量平均为800kW，2002年平均单机容量达到1400kW，2004年增大到1715kW。在2005年，MW级以上单机装机容量约占当年整个装机容量的75%，其中包括2MW级和3MW级的机组。2004年9月，在德国安装了当时为世界上最大单机容量的风电机组，这就是由德国Repower公司生产的5MW风电机组。其叶轮直径124m，安装在高度为120m的塔架上，额定风速为13m/s。预计到2010年，还将开发出10MW的风电机组。其次，变桨距功率可调节型机组发展迅速。由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全、高效等优点，近年来在风电机组特别是大型风电机组上得到了广泛应用。大多数风电机组开发制造厂商，包括传统失速型风电机组制造厂商，都开发制造了变桨距风电机组。在德国2004年上半年所安装的风电机组中，就有91.2%的风电机组采用的是变桨距调节方式。2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。第三，变速恒频技术得到快速推广。随着风电技术以及电力电子技术的进步，大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并结合变桨距技术的应用，开发出了变桨变速风电机组，并在市场上快速推广和应用。2004年和2005年，全球所安装的风电机组中，有92%的风电机组采用了变速恒频技术，而且这个比例还在逐渐提高。第四，无齿轮箱风电机组的市场份额迅速扩大。无齿轮箱的直驱方式能有效减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统运行的可靠性和寿命，可大大减少维护成本，受到了市场的推崇。德国2004年上半年安装的风电机组中，采用无齿轮箱系统的机组占了40.9%。第五，全功率变流技术兴起。近年来，欧洲ENERCON、WINWIND等公司都发展和应用了全功率变流的并网技术，使风轮和发电机的调速范围可从0到150%的额定转速，提高了风能的利用范围，改善了向电网供电的电能质量。ENERCON公司还将原来对每个风电机组功率因数的分散控制加以集中,由并网变电站来统一调控，实现了电网的有源功率因素校正和谐波补偿。全功率变流技术成为今后大型风电场建设的一种新模式。本课题的研究内容、方法、手段及预期成果(1)研究内容：本文研究了变速恒频风力双馈异步发电机在二相同步旋转坐标系下的数学模型,并在此基础上利用定向磁链矢量控制达到对发电机的有功功率和无功功率的解耦控制，最终通过仿真验证了所建模型能够实现有功功率和无功功率的解耦，并在此基础上能实现最大风能的捕获追踪。 (2)方法和手段:首先分析了风力机的运行特性及其最大风能捕获运行原理，为双馈异步发电机的控制策略的研究奠定了基础，接着分析了双馈电机的工作原理及能量流动，以及双馈异步发电机在不同坐标系下的数学模型，建立了双馈异步发电机的模型，采用定子磁链定向的矢量变换控制技术对发电机转子侧进行交流励磁，实现发电机的有功、无功的解耦控制，从分析风力机特性出发研究实现最大风能捕获的风电系统控制方法，从而实现最大风能捕获的高效发电运行。最后利用MATLAB/SIMULINK软件建立系统各部分的仿真模型，包括：风力机模型、双馈电机模型、双PWM变换器模型等，将各个部分模型连接组成风力发电系统的矢量控制模型。最后通过仿真结果表明通过控制实现了双馈异步发电机的有功功率和无功功率的解耦控制，在并网后实现了最大风能捕获的控制，从而验证了此模型的正确性。(3)预期成果:我们希望所提并网控制系统在发电机并网瞬间定子电流过渡平稳，对电网冲击很小，并网后发电机能可靠地在变速恒频运行的基础上实现有功功率和无功功率的解耦控制，实现了为追踪最大风能捕获所需的变速恒频发电运行。任务完成的阶段安排及时间安排：周 次设计（论文）任务及要求1-4查阅资料5-6开题7-10方案设计、熟悉仿真软件11-14仿真研究15-16撰写论文17答辩参考文献：1刘洪.双馈异步发电机在变速恒频风力发电系统中的应用.中国三峡工程科技.2008.1.2谢震. 变速恒频双馈风力发电模拟平台的研究.合肥工业大学博士学位论文.2005.10.3王承煦,张源.风力发电M.北京：中国电力出版社，2002.8.4叶杭冶.风力发电机组的控制技术M.北京：机械工业出版社,2002.5禹华军，张铭杰.风电发展现状与控制技术综述J，上海电器技术，2006，No.2，21-26.6刘其辉，变速恒频风力发电系统运行与控制研究D浙江：浙江大学，20057陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版）M.北京：机械工业出版社,2003,7.8徐大平等.变桨距型双馈风电机组并网控制及建模仿真.电网技术第六期.2008.39赵阳等.变速恒频