风力发电系统控制系统设计【1张CAD图纸和说明书】
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XX 本科毕业设计说明书摘 要风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺的情况下，变的越来越重要。由于风的不稳定性和风力发电机单机容量的不断增大，使风力发电系统和电网的相互影响也越来越复杂，因此，对风力发电系统功率输出的稳定性提出了更高的要求。控制系统对提高风力发电系统功率输出的稳定性有很大的作用，所以有必要对控制系统和控制过程进行分析。本设计主要依据风力发电机组的控制目标和控制策略，通过使用电力系统动态模拟仿真软件 PSCAD/EMTDC，建立变桨距风力发电机组控制系统的模型。为了验证控制系统模型的可用性，建立风力发电样例系统模型，对样例系统进行模拟仿真，并对所得的仿真结果进行了分析，从而证实了风力发电机组控制系统模型的可用性,然后得出了它的控制方法。 通过对风力发电机组控制系统的模拟仿真，可得如下结论：风力发电机变浆距控制属非线性动态控制，在风力发电机组起动时，通过改变桨叶节距来获得足够的起动转矩，达到对风轮转速的控制的目的；当风速高于额定风速时，通过自动调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，满足风力发电系统输出功率稳定和功率曲线优化的双重要求。关键词：风力发电；控制系统；PSCAD/EMTDC；仿真分析XX 本科毕业设计说明书AbstractThe wind energy which is used as a kind of clean and reproducible energy, nowadays gets more and more important in the energy scarcity cases. Because instability of the wind and continuous enlarging capacity of the single machine in wind power generation, mutual effect between the wind power system and the grid is more and more complicated, so the higher demand is brought forward about the stability of output power of the wind power generation system. The control system may enhance the stability of output power, therefore we have the necessity to analyses control system and the control processes.The design mainly bases on the control target and strategies of the wind power generation. We have established the alterable pitch control model using the power system dynamic simulation software PSCAD/ EMTDC. Also we have established the model of the wind power system for validating the usability of the controller model. We have simulated the whole system and analyzed the result of simulation, and confirmed the usability of the controller model and its control method. We have simulated the control system model of the wind power generation, and got a conclusions: The alterable pitch control of wind power generation is the non-linear dynamic control, control system changed pitch angle for acquiring starting torque while the wind power generation started; we adjusted the pitch angle for changing angle which airflow blow vane , when the wind speed exceed rated speed, then changed the torque of aerodynamics for Satisfing dual demand which are steady power output of the wind power generation and optimizing the power curve .Keywords: Wind power generation; Control system; PSCAD/ EMTDC; Simulation and analysis XX 本科毕业设计说明书目 录引 言 .1第一章 风力发电系统的基本原理 .31.1 风力发电的基本原理 .31.1.1 风力发电的基本原理 .31.1.2 风力发电的特点 .31.2 风资源及风轮机概述 .41.2.1 风资源概述 .41.2.2 风轮机的理论 .51.3 风力发电机的结构与组成 .51.3.1 风力发电机的分类 .51.3.2 水平轴风力发电机的结构 .61.4 风力发电机的基础理论 .81.4.1 贝茨(Betz)理论 .91.4.2 风力发电机特性系数 .101.4.3 异步发电机基本原理 .11第二章 风力发电控制系统模型的建立 .142.1 风力发电机组的基本控制要求 .142.1.1 风力发电机组运行的控制要求 .142.2 风力发电机组控制系统的结构原理 .162.2.1 风力发电机组的控制目标 .162.2.2 控制系统主要参数 .172.2.3 控制系统工作原理 .182.2.4 风力发电机组的变距控制原理 .182.3 风力发电系统的控制策略 .192.3.1 风轮机的气动特性 .192.3.2 定桨距风力发电机的控制策略 .212.3.3 变桨距风力发电机的控制策略 .222.3.4 变速风力发电机的控制策略 .22XX 本科毕业设计说明书2.4 变桨距风力发电机组控制系统模型框图 .232.4.1 变桨距风力发电机组的运行状态 .232.4.2 变桨距控制系统 .242.4.3 功率控制 .262.5 变桨距风力发电机组控制系统模型的建立 .292.5.1 控制选择器模型的建立 .292.5.2 风轮机转速控制模型的建立 .292.5.3 发电机转速控制的模型（在发电机并网前） .302.5.4 风力发电机组的变桨距控制系统模型 .30第三章 样例系统模型的建立 .353.1 风速模型的建立 .353.1.1 风能的数学模型 .353.1.2 风速模型的建立 .373.2 风轮机模型的建立 .393.2.1 风轮机模型及参数 .403.2.2 齿轮箱速比控制模型 .403.3 异步发电机模型的建立 .413.3.1 发电机控制选择器参数 .413.3.2 异步发电机参数 .423.4 无穷大系统模型的建立 .433.4.1 补偿电容的参数 .433.4.2 断路器模型及参数 .433.4.3 升压变压器模型及参数 .453.4.4 无穷大系统模型及参数 .46第四章 风力发电控制系统的模拟仿真结果分析 .474.1 控制系统在样例模型中的模拟仿真 .474.1.1 风速模拟仿真分析 .474.1.2 风轮机模拟仿真分析 .484.1.3 异步发电机模拟仿真分析 .494.1.4 风力发电机系统并网模拟仿真分析 .544.1.5 变桨距控制系统模拟仿真分析 .58XX 本科毕业设计说明书4.2 低于额定风速时控制的模拟仿真结果分析 .584.2.1 发电机转速控制模拟仿真结果分析 .584.2.2 风轮机转速控制模拟仿真结果分析 .604.2.3 变桨距控制模拟仿真结果分析 .604.3 高于额定风速时控制的模拟仿真结果分析 .624.3.1 发电机转速控制模拟仿真结果分析 .624.3.2 风轮机转速控制模拟仿真结果分析 .654.3.3 变桨距控制模拟仿真结果分析 .66结 论 .68参考文献 .69附 录 .70附录 A PSCAD/EMTDC 软件简介 .70A.1 PSCAD/EMTDC 软件的功能 .70A.1.1 PSCAD/EMTDC 软件简介 .70A.1.2 RTDS 软件简介 .70A.1.3 PSCAD 联网、工业标准和硬件要求 .70A.1.4 PSCAD 应用手册 .71A.2 PSCAD 软件模块的构成 .71A.2.1 文件管理系统 .71A.2.2 建模(DRAFT)模块 .72A.2.3 架空线(T-LINE)和电缆(CABLE)模块 .72A.2.4 运行(RUN TIME)模块 .72A.2.5 单曲线绘图(UNIPLOT)和多曲线绘图(MULTIPLOT)模块 .72A.3 EMTDC 模块介绍 .72A.3.1 利用 EMTDC 可进行的模似研究范围为 .73A.3.2 完成一次 EMTDC 算题的具体步骤 .73附 录 B .74B.1 风力发电机组的变桨距控制系统模型图 .74B.2 风力发电样例系统模型图 1.75B
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