探究1.5MW风力发电系统的响应性能

摘要近年来风力发电机数量不断增多，探究风力发电变流器的响应性能也愈趋迫切。论文主要目的是探究1.5MW风力发电系统的响应性能，分析变流系统的数学模型并确定相应的控制策略，为风力发电系统的设计提供参考。在永磁同步风力发电系统的理论基础上，利用仿真软件Matlab/Simulink建模得到风能利用系数和功率及转速曲线，并分析曲线中各量变化对系统的影响。同时建立PMSG的数学模型。通过对机侧和网侧变流器数学模型的分析，探究了其两侧变流器的控制方法，建立电机侧控制器模型以及网侧控制器模型。最后对永磁风力发电系统进行性能分析，分析表明直流母线电压和逆变器侧电流对系统影响较大。进一步建立1.5MW直驱永磁同步风力发电系统模型。就风速跳变对发电系统进行仿真，各量的仿真波形表明所采用的控制方法符合系统运行特性，所建立的模型同样符合系统要求。关键词:变流器；并网运行；Matlab；建模AbstractWiththeincreasingnumberofwindturbinesinrecentyears,theresponseperformanceofwindpowerconvertersisbecomingmoreandmoreurgent.Themainpurposeofthispaperistoexploretheresponseperformanceof1.5MWwindpowergenerationsystem,analyzethemathematicalmodelofthevariableflowsystemanddeterminethecorrespondingcontrolstrategy,whichprovidesreferenceforthedesignofwindpowergenerationsystem.Basedonthetheoryofpermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystem,thewindenergyutilizationcoefficient,powerandrotationalspeedcurveareobtainedbyusingsimulationsoftwareMatlab/simulink,andtheinfluenceofeachquantitychangeinthecurveonthesystemisanalyzed.ThemathematicalmodelofPMSGisalsoestablished.Throughtheanalysisofthemathematicalmodelofthemachinesideandthenetworksideconverter,thecontrolmethodsofthetwosidesoftheconverterareexplored,andthemodelofthemotorsidecontrollerandthenetworksidecontrollerisestablished.Finally,theperformanceanalysisofpermanentmagnetwindpowergenerationsystemshowsthattheDCbusvoltageandinvertersidecurrenthavegreatinfluenceonthesystem.Themodelof1.5MWdirect-drivepermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystemisfurtherestablished.Thesimulationofthewindspeedjumponthepowergenerationsystemshowsthatthecontrolmethodisinaccordancewiththeoperatingcharacteristicsofthesystem,andthemodelalsoconformstothesystemrequirements.Keywords:ConverterParallelOperationMatlabSystemmodelTOC\o"1-3"\h\u目录第1章绪论 [11]。将(4-1)(4-4)代入(4-2)可推出：CUdcdUdcdt=u则当电网d轴电压egCegdUdcdU从以上数学模型可知，直驱永磁同步风力发电系统受Udc的波动和igd变化的影响很大。保持U4.2永磁同步风力发电系统仿真为了能更好的验证控制方法对变流系统的影响，为直驱永磁同步风力发电系统提供以下各参数：风力机参数：风轮半径4m；空气密度1.225kg/m；最大风能利用系数0.45；额定风速12m/s。同步发电机参数：额定电压380V；额定频率50HZ；直流侧电容5mF；交直轴电感2mH；极对数8；磁链2Wb；摩擦系数0；定子电阻0.005Ω；转动惯量12N∙m本章利用Matlab/Simlink建立永磁风力发电系统模型，就风速保持恒定时的情况进行仿真，且风速设置为10m/s，整个风速保持不变过程中，以下为各相关量的波形图。(a)风速变化曲线 (b)机侧d轴电流和q轴电流(c)电机侧三相电流(d)直流侧电压(e)网侧有功(f)电网侧三相相电压(g)电网侧三相电流(h)发电机转速ω图19永磁风力发电机仿真波形图（a）表示风速保持不变的曲线。图（b）为风速保持不变时，直驱永磁同步发电机定子电流的变化曲线。机侧q轴分量iq出现短暂波动后趋于稳定，而d轴分量id发生短暂波动后一直稳定在0附近，很好的验证了i图（c）可以看出永磁同步发电机三相定子电流输出波形，并在系统达到问稳定时趋向稳定。由图（d）可知，直流侧输出电压Udc由图（e）可知，网侧有功功率的波形。由第三章控制方法可知，无功的给定为零，所以无功功率曲线一直稳定在零。波形图与控制方法一致，表明网侧完成了解耦控制。图（i）显示的是永磁发电机的转速，发电机的转速能很快平稳在200r/min，达到额定转速。

第5章总结论文介绍了永磁风力发电系统基本结构，利用贝兹理论以及静止和旋转坐标系转换的方法，建立风力机与发电机的数学模型。同时利用Matlab/Simulink仿真软件进行建模仿真，就风能利用系数曲线及功率-转速曲线的特性进行分析。经过对机侧数学模型和网侧主电路的分析，确定了双脉宽调制变流系统电机侧变流器的控制方法和网侧变流器的控制方法，以及变流系统和两侧变流器的等效电路图。建立转子磁链定向控制的矢量图，通过PI参数整定，isd给定值为零，电磁转矩达到最大。利用Matlab/Simulink软件建立了基于矢量控制方法，双闭环控制和PI整定的电机侧控制器模型。在网侧变流器控制中，无功给定值为零最后对整个系统进行性能分析，并对风力发电系统进行仿真。从仿真波形可以看出发电机对风速有很好的跟踪能力，风速改变时，发电机经过短暂波动后趋向稳定。同时，直流侧电压比较稳定，风速变化时电压波动较小。网侧电压和电流相位相反