摘 要

历经了几十亿年，各种可被利用的资源终于得以形成，但是，人类毫无节制的开采终究使资源日益贫瘠，更有甚者，环境问题也被提到了日程上来。毋庸置疑，新能源的研究和利用正显得越来越重要，与此同时，风力发电技术正在飞速发展。由于变频恒速双馈风力发电技术中变频器只需处理25-30%的滑差功率，具有很经济的调速方式，也能够实现风电机组与电网的软连接，提高了风电转换效率，具有广阔的研究前景。本文对变频恒速风力发电系统中的独立运行有刷双馈型风力发电机矢量控制进行了研究，主要内容如下：

本文首先介绍了风力发电机的工作原理和变频恒速风力发电系统的拓扑结构；然后，推导了双馈风力发电机的数学模型；接着，根据坐标变换原则，推导出了双馈风力发电机由静止三相坐标系ABC到旋转两相坐标系dq下的数学模型，这对实现矢量控制具有简化的作用；最后，论述了在对称条件下基于定子磁链定向的双馈风力发电机矢量控制技术，在矢量控制的过程中，必不可少的是PI调节器的设计。

在Matlab/Simulink中搭建了完整的独立运行有刷双馈风力发电机矢量控制的模型，赋予各物理量合理的参数，运行出仿真结果，从而验证了研究方法的可行性与有效性。

关键词： 变速恒频；风力发电；双馈风力发电机；矢量控制；定子磁链定向

Abstract

Overseveral billion years, there forms natural mineral resources. But unluckily, with the massive mining of them, the storage of resources are gradually dwindling and also a range of environmental issues have arisen, how to develop and make full use of new energy sources has become particularly important, based on this, wind energy generation technology is rapidly developed. VSCF doubly fed wind generation technology makes it easier to deal with power, which only deals with slip power about 25 to 30 percent, so this kind of technology not only has a very economical way to adjust speed, but also realizes flexible connection of mechanical-electric system and grid connection, so that increases wind energy conversion efficiency and has broad prospects.VSCF wind energy generation system with DFIG and its control technology is studied in this paper. The primary contents are as follows:

First, thewind turbine working principle and variable-frequency constant-speed wind power system topological structures have been established in this paper; And then Mathematical model of doubly-fed wind generator is derived; Next，detailed derivation of the doubly-fed wind generator static three-phase modelto two-phase rotating coordinate system transformation has also been established, which simplified the realization of vector control ; Finally, stator flux oriented vector control technology of doubly-fed induction generators are discussed under symmetrical conditions,which includes the design of PI controller and inverter.

The model of VSCF doubly fed wind generation has been completely established in Matlab/Simulink, at the same, the reasonable parameters are assigned to kinds of physical quantities. In the end, there runs simulation in Matlab and outcomes simulation results that verify the feasibility and effectiveness of research methods.

Key words: VSCF; Wind control generation; Doublyfed induction generator;Vector control; Stator flux linkage orientation

目录

第1章 绪论 1

1.1风力发电的发展现状 1

1.2独立运行双馈风力发电技术的发展现状 1

1.3变速恒频双馈风力发电系统的研究 2

1.3.1 双馈风力发电机的数学模型和风力发电系统的拓扑结构 3

1.3.2 独立运行的有刷双馈风力发电机的控制策略 3

第2章 DFIG的工作原理和DFIG发电系统的拓扑结构 5

2.1 引言 5

2.2 有刷双馈感应发电机的工作原理 5

2.3 有刷双馈感应发电机组的拓扑结构 6

第3章 有刷双馈风力发电机的数学模型 7

3.1 引言 7

3.2 由三相静止到两相旋转坐标系下的数学模型 7

3.2.1 三相静止坐标系下的DFIG数学模型 8

3.2.2 坐标变换 11

3.2.3 DFIG在两相旋转坐标系下的数学模型 11

第4章 基于定子磁链定向的DFIG矢量控制技术 14

4.1 引言 14

4.2 基于定子磁链定向的矢量控制策略 14

4.3独立运行双馈风力发电机励磁矢量控制策略中PI调节器的设计 16

4.3.1电流内环PI调节 16

4.3.2电压外环PI调节器的设计 17

4.4独立运行双馈风力发电机系统仿真 18

4.4.1 独立运行双馈风力发电机开环仿真 20

4.4.2 独立运行的双馈风力发电机矢量控制仿真 23

第5章 总结 27

致谢 28

参考文献 29

第1章 绪论

1.1风力发电的发展现状

能源作为人类社会发展与正常运行必不可少的组成部分，它的开发与利用使得其蕴含量也在逐年递减，如何寻找到新能源来满足人类的需求成了人类发展道路上需要解决的一大难题。众所周知，煤、石油、天然气这些常用的能源不仅需要长期积累才能形成，而且并非是清洁的能源。它们在过度使用之后造成的资源枯竭和环境污染问题是不容忽视的。

众所周知，由于地球的球形结构以及太阳能的释放使得地球表面存在着不均匀的太阳能分布，从而引起了地球表面的温度差，而这种温差会引起空气的流动，风就是在这种空气流动中逐渐形成的。空气有一定质量，因此空气流动就具有一定动能，一定的动能当然能够在一定条件下转化为其他形式的能量，正式利用了风能形式的转化，风力发电的道路才会走得越来越宽阔。不仅如此，风能的清洁、可再生、绿色、便利的特性使得人们对它的重视程度越来越高。

我国地大物博，丰富的风能资源使得风力发电在绿色化的推动下飞速发展，其中我国可以开发利用的风能有十亿多千瓦，在这庞大的数据中，有2.53亿千瓦的陆地风能储量和7.5亿千瓦的海上风能储量。不仅如此，这些丰富的风能也正被很好地利用着，据统计，截止到2014年年底，全国电力装机达到了114608.89MW，而我国新增装机的风电机组平均功率到达了1768kw，这比2013年的1720kw增长了2.81%，由此可见，风能的开发与利用正在如火如荼地进行着。因此，对风力发电技术的进一步研究必定势在必行^[1]。