双馈感应风力发电机组控制策略-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院 电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目 ： 双馈感应风力发电机组控制策略建模与仿真指 导 教 师 : 2013 年 3 月 15 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1、本课题的选题背景和意义随着环境污染日益严重，资源日益枯竭，可再生能源的利用已经成为了工业能源科技的一个重要课题。煤炭资源的匮乏，使得寻找一个环保安全可靠的发电能源成为了急需解决的问题 1。风能做为太阳能的一种转换形式，是一种不产生任何污染排放物的可再生自然资源。在近十几年，风力发电在全世界范围内也得到了迅速的发展 2。风能的开发已经有了数千年的历史，在第一次工业革命蒸汽机发明之前，风能就曾作为重要的动力，用于船舶航行，农田灌溉等方面。而受化石能源枯竭，能源供应安全和保护环境的驱动，在 20 世纪 70 年代是世界主要的发达国家和发展中国家就已经开始了对风能的开发和利用。到 20 世界 90 年代，风能的主要开发形式风力发电得到了前所未有的发展。随着风力资源开发的进展，世界风电机装机容量到 2020 年预计会达到 12.45kW，发电量占世界电力消耗的 12%3。因此，风力发电将成为最有发展前景的绿色能源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。21 世纪，风力发电将会在能源供应中发挥越来越重要的作用，研究风力发电技术将会对我国大型风力发电机组国产化及我国风力发电事业的不断发展有着重要的意义 4。在风力发电中，随风速的变化风力机转速也会发生变化，对于传统的风力发电机，由于受电网频率和同步发电机特性的限制，发电机的转速不能改变。迫使风力机在不同风力的情况下维持在一个转速，使得机组运行效率降低，原动机磨损增大，发电质量下降或者被迫降低出力，甚至被迫停机 5。而变速恒频发电技术的应用有效的解决了以上问题，当原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能从而提高了机组的运行效率，降低了机组的磨损，延长了机组的使用寿命，因此得到了广泛的应用 6。交流励磁双馈风力发电系统是目前具有广泛应用前景的变速恒频发电技术。由于励磁变频器只传递转差功率，降低了变频器的容量，从而降低了变频器的成本，尤其适合兆瓦级风力发电应用 7。通过调节转子励磁电流的幅值、相位和频率，能够实现发电机同步转速上下较大范围内的变速恒频运行。在风速变化的情况下，实时调节风力机转速，使其始终运行在最佳转速上，实现了最大风速追踪控制，可以独立调节发电机输出的有功和无功功率，不仅能够补偿电网的无功需求，还能提高电力系统的动静态性能。2、课题研究目的双馈式变速恒频风力发电系统经常采用的发电机为转子交流励磁双馈风力发电机,其结构与绕线式异步电机相似。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的,流过转子电路的功率双馈式变速恒频风力发电系统常采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机,其结构与绕线式异步电机类似 8。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的, 流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率,该转差功率仅为定子额定功率的一小部分,故所需的双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分,这样该变频器的成本以及控制难度大大降低 9。这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制,减少变频器的容量外,还可实现对有功、无功功率的灵活控制,对电网而言可起到无功补偿的作用。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。目前已经商用的有齿轮箱的变速恒频系统,大部分采用绕线式异步电机作为发电机,由于绕线式异步发电机有滑环和电刷,这种摩擦接触式结构在风力发电恶劣的运行环境中较易出现故障。而无刷双馈电机定子有两套级数不同绕组,转子为笼型结构,无须滑环和电刷,可靠性高。这些优点都使得无刷双馈电机成为当前研究的热点。但在目前,这种电机在设计和制造上仍然存在着一些难题 10。随着风力发电在世界的广泛应用，为降低风力发电成本、提高风能利用效率，风力发电设备单机容量越来越大，同时为风机的设计制造、控制系统设计和运行等各个方面提出了更多的研究课题。传统的实物测试研究方法已不能满足发展需要，仿真技术因不受气象条件的限制，且投入低等优点，逐渐在风力发电机组的研究和测试领域得到了越来越广泛的应用 11。 3、国内外的研究动态及发展趋势当前国内外对双馈风力发电系统的研究大多集中与对其控制技术的研究。双馈发电机的控制主要是基于其动态模型，参照普通异步机的控制方法来实现高性能的控制，只不过这种控制是在双馈发电机的转子侧实施的，主要有两种控制方案，一种是矢量控制，另一种是直接转矩控制 12。交流电动机的矢量控制采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念来实现定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，即磁通和转矩之间的解耦，将整个系统分解为两个独立控制的子系统，将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，来提高和改善交流电机调速系统的动态性能。对双馈电机而言，采用矢量控制同样是极具吸引力的，但相对来说双馈发电机的控制比标准的感应电机的控制要复杂得多 13。双馈发电机的控制是在转子侧使用电力电子变换器控制双馈发电机的转子电流来实施控制的，由于双馈发电机可以工作在亚同步，同步和超同步三种工作状态，所以所使用的电力电子变换器要具有能量双向流动的能力 14。目前控制双馈发电机的转子电流的通常的方法主要是通过磁场定向的矢量控制技术，目前已经提出了好几种矢量控制的策略。 例如，国内重庆大学的李辉等研究了基于电网电压定向的并网型双馈发电机的矢量控制策略。该控制策略仅需要定子侧电流、电网电压和转子位置角信号，避免了矢量控制系统中对定、转子量测量精度、实时性和一致性的严格要求，使控制系统得到了简化 15。对双馈发电机有功、无功和转速稳态调节特性及机端三相对地突然短路的过渡过程的仿真研究表明，该控制策略能实现双馈发电机定子有功、无功和转速的解耦控制及短路故障切除后其有功、无功和转速都能回到原来的设定值稳定运行。使用直接功率控制策略的缺点是其功率开关管的开关频率很高且不固定，尤其对于大功率变频器，会大大增加其开关损耗，而且对电机及其系统的冲击比较大，目前，直接功率控制方法还仅限于仿真和实验室研究阶段。从目前来看，基于定子磁链定向的矢量控制策略已经成为大多数风电设备制造商所采用的成熟技术 16。参考文献：1 李亚林，李含善，任永峰等.变速恒频风力发电系统的仿真研究J.电力科学与工程，2007,23（3）:23.2 刘芳宇，李艳春.基于 Matlab 双馈风力发电系统动态仿真J.电气技术，2007， （11）:12-22.3 路群.风力发电系统中双馈发电机的仿真研究J.黑龙江科技信息，2008， （33）:26-28.4 黄凯.变速恒频风力发电系统的仿真研究D.2006.5 张云竹.交流励磁无刷双馈变速恒频风力发电系统的仿真研究D.2006.6 郭家虎.变速恒频风力发电系统控制技术的研究D.2008.7 李东东，陈陈.风力发电机组动态模型研究J.中国电机工程学报，2005,25（3）： 116-119.8 申宽育.中国的风能资源和风力发电J.西北水电，2010（1）：76-81.9 胡家兵，贺益康，刘其辉.基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略的仿真研究 J.电力系统自动化，2005,29（24）：32-38.10 彭国平，李帅，鱼振民等.小型风电系统最大跟踪功率的研究J.西安交通大学学报，2004,38(4),357-360.11 雷亚洲，Gordon，Lightbody.国外风力发电导则及动态模型简介J.电网技术，2005,29（12）：37-32. 12 向恺.基于 Matlab 的风力发电系统仿真研究D.2007.13 强明辉，曹会会，曹艳艳.变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析J.科学技术与工程，2008,8（12）:35-47.14 Roohollah Fadaeinedjad,Mehradad Moallem,Gerry Moschopoulos.Simulation of a Wind Turbine With Doubly Fed Induction Generator by FAST and Sinulink J.IEEE Transactions on Energy Conversion,2008,vol.23(No,2):58-62.15 A.A. EI-Sattar,N.H. Saad,M.Z. Shams EI-Dein.Dynamic response of doubly fed inducti on generator variable speed wind turbine under faultJ.Electric Power Systems Research,2008,Vol.78(No.7):35-64.16Mata-Dumenjo,Montserrat,Sandchez-Navarro,Javier,Rossetti,Michelle.Integrated Simulation of a Doubly fed induction generator wind turbineA.European Conference on Power Electronics and Applications;EPE 09;2009 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、本课题要研究或解决的问题有