摘 要

我国拥有十分丰厚的风能资源，其中可利用风能资源在所有国家中位居第三位。但目前为止，风力还没有得到充分的利用。随着世界对于能源的需求量越来越大，而传统的化石能源正在被大量消耗且不可再生，以风能为代表的新能源的重要性正日益增加。在我国一些如海岛，偏远山区等电网不能够覆盖到却拥有丰富风能的地方，研究风力发电机的独立运行具备十分重要的意义。本文主要讲述了双馈式异步风力发电机的矢量控制策略的研究通过推导计算，制定了双馈式风力发电独立运行相应的策略，并通过MATLAB/simulink仿真加以验证，检验设计的正确性，科学性以及合理性。本文的主要内容如下：

首先，在文章第一章绪论中，简单的介绍了当前世界上能源形势以及风力发电技术的发展。紧接着着重介绍与分析了我国在目前形势下能源的能源状况以及问题，进而阐释了在我国研究双馈式异步风力发电机独立运行的重要性。在深刻认识到其重要性后，对中国现阶段风力发电技术进行合理剖析，并简略介绍了目前我国的风力发电技术。绪论的第二个大方面，主要介绍了矢量控制技术的产生和发展以及在双馈式异步风力发电机中的应用。然后，在第二章中介绍了双馈式异步发电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型。并详细的分析与比较了相对于在自然坐标系ABC中的基本方程在两相同步旋转坐标系中的优点。这一章在全文中具有非常重要的作用，是后面章节能够得以继续研究的基石。最后，在第三章主要是建立独立运行条件下的数学模型并完成了矢量控制策略的制定，建模与仿真的工作在MATLAB/simulink环境下完成，验证了的我们设计的合理性。

关键词: 风力发电 独立运行 矢量控制

Abstract

China has very abundant wind energy resources, of which wind energy resources can be used to rank third in all countries. But so far, the wind has not been fully utilized. With the increasing demand for energy in the world, and the traditional fossil energy is being consumed in large quantities and non-renewable, the importance of new energy represented by wind energy is increasing. It is of great significance to study the independent operation of wind turbines in places where there are abundant wind energy such as islands and remote mountain areas where the grid cannot cover. This paper mainly describes the research of the vector control strategy of the doubly-fed asynchronous wind turbine. Through the derivation and calculation, the corresponding strategy for the independent operation of the doubly-fed wind power generation is formulated and verified by MATLAB/simulink simulation to verify the correctness of the design. Sexuality and rationality. The main content of this article is as follows:

First of all, in the first chapter of the article, we briefly introduced the current world energy situation and the development of wind power technology. Then he introduced and analyzed the energy status and problems of China's energy in the current situation, and then explained the importance of studying the independent operation of double-fed asynchronous wind turbines in China. After a deep understanding of its importance, a rational analysis of wind power generation technology at the present stage in China is conducted, and a brief introduction of China's current wind power generation technology is presented. The second major aspect of the introduction mainly introduces the generation and development of vector control technology and its application in double-fed asynchronous wind generators. Then, in the second chapter, the mathematical model of double-fed asynchronous generator in two-phase synchronous rotating coordinate system is introduced. The advantages of the basic equation in the two-phase synchronous rotating coordinate system with respect to the natural coordinate system ABC are analyzed and compared in detail. This chapter has a very important role in the full text, and it is the cornerstone of the following chapters that can continue to be studied. Finally, the third chapter mainly establishes the mathematical model under the condition of independent operation and finishes the formulation of the vector control strategy. The work of modeling and simulation is completed in the environment of MATLAB/simulink, which verifies the rationality of our design.

Key Words： Wind power Operate independently Vector control

目录

第1章 绪论 1

1.1 风力发电研究的背景与意义 1

1.1.1 能源形势 1

1.1.2 世界风力发电的现状 1

1.1.3 我国风力发电 2

1.1.4 研究独立运行风力发电的意义 3

1.2 风力发电技术的研究现状 3

1.2.1 主要的风力发电机系统 3

1.2.2 定桨距与变桨距风力发电机 4

1.2.3恒速与变速风力发电机 4

1.3 矢量控制技术 4

1.3.1矢量控制技术的发展与现状 4

1.3.2双馈感应电机的矢量控制 5

1.4本文的主要工作 5

第2章 双馈式异步电机的数学模型 6

2.1 引言 6

2.2双馈式异步发电机的数学模型 6

2.2.1 双馈式异步发电机在自然坐标系下的数学模型 6

2.2.2双馈式异步发电机在两相相对静止旋转坐标下的数学模型 8

2.3双馈式异步发电机的稳态数学模型 11

2.4 本章小结 13

第3章 双馈式异步发电机独立运行矢量控制策略制定 14

3.1引言 14

3.2基于定子磁链定向的运行双馈式异步发电机数学模型 14

3.3双馈型风力发电机独立运行矢量控制策略 15

3.4控制器的设计 18

3.5模型仿真 19

3.6 本章小结 21

第4章 总结 22

4.1 本文总结 22

4.2本文不足与展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

• 1. 风力发电研究的背景与意义
     1. 能源形势

能源是整个人类赖以生存的基础，是现代社会经济，生产，生活等一切社会活动的命脉。能源对于现代社会的重要性就像粮食对于人类的重要性一样。没有能源，整个人类社会就会陷入到瘫痪之中。所以整个人类的进化史就是一部不断在自然界中探索能源的历史。在人类发展史这部悠久的历史中，从主要能源的使用情况来看，人类社会已经经历了薪柴时代，煤炭时代和石油时代三个能源时代，并且逐步在想可再生能源时代迈进。目前，煤，石油，天然气这三大传统化石能源任然是现今世界经济的三大能源支柱，支撑着世界百分之九十左右的能源消费。但是，这三种能源都是不可再生的，并且会带来大量的空气，水源的污染，严重危害人类的健康，更为糟糕的是根据世界上公认的能源预测，石油将在未来的四十年左右枯竭，天然气将在未来的六十年左右枯竭，煤炭也将只能维持一百年左右的时间。最为重要的是，随着科学技术，经济水平以及生活水平的上升，人类对于能源的需求是持续增加的。并且随着世界人口的持续增加，化石能源将会无法满足人类日益增长的需要。

• • 1. 世界风力发电的现状

随着当今世界科学，经济，工业等等多方面的快速发展，人类对于能源的需求日益强烈。而在当前时代人类所使用的能源中，电能占据了一个非常重要的位置。现如今我国作为全球第二大经济体，我国也早已成为世界上最主要的能源消费国。随着我国可持续性发展的战略道路的提出，生态环境的重要性也在人们心目中占据着更加重要的位置。但是并不环保的火力发电任然是我国的主流发电方式，并会造成大量的污染。所以风力发电等清洁环保的新能源技术的发展就显得尤为重要。只有大力开发新能源，才能实现可持续发展，新能源的开发与利用不仅可以补充常规能源，而且还可以有效的减少对环境造成的污染。

风力资源取之不尽，用之不竭。风能发电的使用可以减少环境污染，减少煤、石油以及天然气等化石能源的使用。风力发电技术成熟，是一种成本相对较低的可再生能源，具有广阔的发展前景。风力发电技术应用起来十分灵活，既可以独立运行，也可以与电网相连并网运行，还可以与其它能源技术相互协调互补发电系统比如风光互补发电。风电场运行模式可以补充国家电网，小型风电机组可以为偏远地区的生产以及生活提供电力。在新能源技术发展过程中，由于风能发电建设周期短，环境要求低，储量充足，利用率较高的特点，其在世界各国得到了持续快速发展。作为一种低排放、低污染的低碳电力发展模式，风能发电也将会因此成为电能可持续发展的重要战略选择之一^【1】。