变速恒频双馈风力发电系统仿真研究

变速恒频风电系统双PWM解耦控制仿真研究

ＬｉＨＯＨｉ－Ｉｕ－ｅ，ＨＮＸｅＩＢｎ，ＺＡｕ，ＬＵＪｎｊＡｕ．ｉ
（．ｉｊｅａｏａｏｙｏｏｔｌＴｅｒｎｐｌａｉｓｉＣｍｌａｄＳｓｍ，Ｔａｊ０３４ｈｎ）１ＴａｉＫｙＬｂｒｔｒｆｒＣｎｒｈｏａｄＡｐｉｏｎｏｐｉｔｙｔｎｎｏｙｃｎｔｃｅｅｉｎｉ３０８，Ｃｉａｎ
（．理工大学，１天津天津市复杂控制理论与应用重点实验室，天津
２天津农学院，天津．３０８０３０；３河北沧州供电公司，河北沧州．
３０８；０３４
０１０）６００
摘要：论了随机性风速下，线性变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制问题。分析了满足双馈电机讨非能量双向流动的双脉宽调制（ＷＭ）Ｐ变换器及其数学模型，此处采用双ＰＷＭ变频器解耦控制策略，子侧变频转
发电系统完整的仿真模型。利用该模型对风电系统的最大风能追踪控制进行了详细的仿真研究，证了理论验
及仿真分析的正确性。关键词：双馈风力发电机：变频器：解耦控制中图分类号：Ｍ３５Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：００１０２１）００１— ３１０ — ０Ｘ（０１１— １７０
ＴｈｉｕａｉｎＲｅｅｒｈｏｒａｌｐｅｉｄＴｕｂｎｅＳｍｌｔｓａｃｆＶａｉｂｅＳｅｄＷｎｒｉｅｏＤｏｂｅＰＶ Ⅵ ＩｖｒｅｃｕｌｇＣｏｔｏｕｌ－ｎｅｔｒＤｅｏｐｉｎｒｌｎ

双馈风力发电系统功率解耦控制策略仿真研究

（１ｏｅｅｏｌｃｃｌｎｏｔｌｎｉｅｒｇＬａｎｎｃｎｃｌｎｖｒｔ，ｕｕａｉｎｎ２１５Ｃｉａ．ＣｌｇｆｅｔａａｄＣｎｒｇｅｉ，ｉｉｔｈｉｉｅｓｙＨｌｄｏＬａｉｇ１５０，ｈ；ｌＥｒｉｏＥｎｎｏｇｅａｕｉｏｎ
摘要：研究风力发电机功率效率优化控制问题，由于外部风力环境变化较大，应保证变换器的稳定性控制。传统的控制方法不但动态和稳态性能差，而且控制策略比较复杂。为了改善控制效果，高直流电压利用率，用了ＳＰ提采ＶＷＭ调制技术，并
提出了～－种功率解耦控制策略的双脉宽调制（ＷＭ）Ｐ变换器控制方案。网侧变换器控制直流母线电压的稳定并调节网侧功率因数，转子侧变换器进行矢量解耦控制，调节定子有功和无功功率。仿真结果表明，控制策略能够快速跟踪风速变化，维持直流侧母线电压恒定，出的电流为正弦波，输并且与电网电压同频同相，满足并网条件，现有功和无功功率的独立调节，实对并网风力发电系统的设计研究提供有意义的参考。关键词：变速恒频；双馈风力发电；双脉宽调制变换器；功率解耦中图分类号：Ｍ６；Ｍ７３Ｔ４Ｔ４文献标识码：Ａ
ｆｓｌａｋｓｅｄｃａｇｓａｔｔｃｐｅｈｎｅ，ｍａｎａｎａｃｎｔｎａｕｆＤＣｓｄ，ａｄｏｔｕｉｕｏｄｕｒｎｉｈｈｓｓｍｌｒｙｒｉｔｉｏｓａｔｖｅｏｉｅｎｕｐｔｓｎｓｉａｃｒｅｔｗｈｃａｉａｌｌ
２０Ｔ７）辽宁省高等学校优秀人才支持计划（０８Ｃ５０７０５；２０Ｒ２）

变速恒频双馈风力发电机稳态运行特性仿真

ｍｏｄｅｉｎｔｈｅｗｉｎｄｓｙｓｔｅｍｒｕｎｎｉｎｇｕｎｄｅｒｈｅｔｓｔｅａｄｙｓａｔｔｅａｎｄｈｅｔｔｈｒｅｅ — ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗａｓｎａａ —
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｃｏｎｓｔａｎｔｒｅｆｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂｌｙ — ｆｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｅｔ，ｈｅｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ
ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍａｈｅｔｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｄｕｐｉｎｈｅｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｅｔｏｒｅｔｉｃａｌｄｅｉｒｖａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｇｅｎｅｒａｔｏｒｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤｏｕｂｌｙ —ｆｅｄＷｉＩＩｄＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒＳｔａｔｅＶａｒｉａｂｌｅＳｐｅｅｄＣｏｎｓｔａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙ

变速恒频双馈风力发电系统应用研究

统。其优点如下。
Ｉ
ｆ± ｍｘ厂
Ｉ
系统、开关磁阻发电机系统等，这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现构而实现变速恒频的。这
些系统都有自己的特点，适用于不同的场合。下面对这
较高。２）输出波形中谐波分量小而且频率高，容易滤去，
可以得到很好的正弦波形。
量和系统的容量相同。有高频电流谐波注入电网。目
前，永磁发电机系统是研究的热点之一，而且发展很快，国外已经出现了兆瓦级永磁风力发电机系统。
风速下，风轮机吸收的功率不超过最大值。（）提高了系统的风能利用率３
围内变化，通过对最佳叶尖速比的跟踪，风力发电机使
组在可发电风速下均可获得最佳的功率输出。风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到变速运行，已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的目的。
２）电动机为无刷结构，易维护。３）易调节。通过励磁调节可以很方便地控制它的输出特性，使风力机实现最佳叶尖速比运行。该系统缺点为：交交变频控制电路复杂。可以考虑
— —
式中ｒｎ ——功率绕组电流频率，与电网频率相同；控制绕组电流频率；
靠。
该系统缺点为：电力电子变换装置容量较大。仅仅适用于中小型风电系统，研究较少。
３无刷爪极式发电机系统… ．
无刷爪极式自励发电机，子铁心及电枢绕组与同定步电动机相同，区别仅在于它的励磁部分，如图２所

变速恒频风力发电用交流励磁双馈发电机的研究

Ｓａ－ｉ，ＬＩＹｉａ，ＺＨＩＸｉｏｂｎ－ｏＨＡＯｅｇｊａｍｉＦｎ－ｎｉ
（ｐｒｍｅｔｏｅｔｉａｇｎｅｉｇＬａｎｎＤｅａｔｎｆＥｌｃｉｅｓｔ，Ｈｕｕａ２１５Ｃｈｎ）ｃｎｃｌＵｎｖｒｉｙｌｄｏ１３０，ｉａ
ＳｕｙＯｔｄｆＡＣｘｉｄｄｕｙｆｄｅｃｔｏｂｌ－ｅｅ
ｇｅａｏｓｄｂａｒｂｅｓｅｄｅｎｒｔｒｕｅｙｖｉｌ－ｐｅａ
ＣＯｎｔｔｔｅｑＵＳａｎ－ｒｅｎｃｎｙｗｉｄｐｏｗｅｒ
围１并网运行时的交流励磁双？风力发电矶系统曩
１２交流励磁双馈发电机的运行原理．
交流励磁双馈发电机定子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值可调的电供给三相低频励磁电流，在转子中形成一个低速旋源转的磁场，这个磁场转速与转子的机械转速相加等于定子磁场同步速，从而发电机定子绕组中感应出同步转速的工频电压。当风速变化时转速随之变化，此时相应改变转子电流的频率和转子旋转磁场的转速以补偿电机转速变化，这样就达到变速恒频的目的。
维普资讯
堡鲞：
文章编号：１７－０１２０）２０１－２１１４（０７０－００６６
变速恒频风力发电用交流励磁双馈发电机的研究
史晓斌，李漪淼，赵凤俭
（辽宁工程技术大学电气工程系，葫芦岛ｌ５０）２１５
摘要：描述了变速恒频风力发电用交流励磁双馈发电机的结构特点和运行原理，并通过对该电机基本方程式，等效电路及时空矢量图的分析，导出了电机运行参数．如定，转子电流，有功．无功功率及电磁转矩）的数学表达（式，证明了搬运性能可表示为转差率．转子励磁电压及与定子电压的相位差角三个变量的函数，为它的应用提供了理论依据。

变速恒频双馈风力发电机系统的研究

收稿日期22基金项目甘肃省自然科学基金“智能控制的多模态集成融合方法研究”(3ZS 2B 5235)变速恒频双馈风力发电机系统的研究贾石峰(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州　730070)摘　要:　分析了变速恒频双馈风力发电机系统的结构及工作原理,给出了变速恒频技术在发电机组中实现变速运行的不同方式.通过比较变速工作时的定转子状态,采用控制发电机转子电流的大小来实现双馈异步发电机输出端电压稳定.根据运行数据,总结了变速恒频双馈风力发电机系统的若干优势.关键词:　变速恒频;双馈;发电机中图分类号:　TM315 文献标识码:　A 文章编号:100420366(2008)0420094203Research on the System for V ar ia ble 2Speed Constant 2Fr equencyDoubly 2Fed Wind Pow er G enera torJ IA Shi 2feng(College of A utomation and Elect rica l E ngi nee ring ,L a nz hou J ia otong U niversity ,L anzhou 730070,China )Abstract :　The st ruct ure and f undament al pri nciple of variabl e 2speed co nst ant 2f requency doubly 2fe d wi nd power generator system i s a nalyzed.Different met hods about power generator varia ble 2speed run are real 2ized based on varia ble 2speed consta nt 2f reque ncy technology.By t he compa ri son of vari able 2speed work stat e of st ator and rotator of va riabl e 2spee d constant 2f requency power generat or ,t he generator rot ator cur 2rent cont rol met hod i s adopt ed t o i mpl ement outp ut vol tage st abilit y of doubly 2fed asynchronization power generator.According to t he operat ing data ,some adva nt ages of t he generator syste m are sum marized.K ey w or ds :　VSCF ;doubly 2f ed ;power generator 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,对可再生能源的开发利用,特别是对风能的开发利用,已受到世界各国的高度重视,现代兆瓦级以上的大型并网风力发电机组多采用风力机变速运行的方式[1],这种运行方式可以实现优化风力发电机组内部件的机械负载及系统内的电网质量.风力机变速运行时,与其连接的发电机也作变速运行,因此必须采用在变速运转时能发出的恒频恒压电能的发电机,才能实现与电网的并网连接[2].将具有绕线转子的双馈异步发电机与应用最新电力电子技术的IG B T 变频器及PWM 控制技术结合起来,就能实现这一目的,也就是变速恒频发电系统.1　变速恒频双馈发电机系统采用双馈发电机是风力发电技术的一种主流技术,双馈发电机的结构类似绕线型感应电机,其定子绕组直接接入电网,转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流.1.1　VSCF 风力发电机结构双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量,由于转子侧是通过变频器接入的,低频电流起到了励磁作用,因此又称为交流励磁发电机,还有些文献称之为可变速发电机、变速恒频发电机或异步化同步发电机.第20卷　第4期2008年12月甘肃科学学报Jo urnal of G ans u Sci ences Vol.20　No.4Dec.2008:20080229:04220双馈异步发电机主机结构特点:定子与一般三相交流发电机定子一样,转子采用三相交流绕组.正常工作时,定子绕组并入工频电网,转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的不同类型的循环变流器作为三相变频电源供电,转子励磁系统通常采用交2交/交2直2交变频电源供电.双馈异步发电机组成的变速恒频发电系统如图1所示.双馈风力发电机的原动机为风轮和风轮传动系统.由于风速的特殊性(随机性、时变性等),使得双馈风力发电机区别于一般的双馈电机控制.基于变速恒频控制技术的交流励磁风力发电机系统主要由风轮、增速器、交流励磁发电机、励磁、控制检测等系统组成[3～4].图1　变速恒频双馈异步发电机系统结构1.2　VSCF 风力发电机原理双馈异步发电机在稳态运行时,根据感应电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的关系,其数学表达式如下n 1=n ±n 2,(1)f 1=p n/60±f 2,(2)s =n 1-n n 1=±n 2n 1,(3)式中n 1、n 、n 2分别为定子电流磁场旋转速度、转子旋转速度和转子电流磁场相对于转子的旋转速度,f 1、f 2分别为定、转子电流频率,p 为发电机极对数,s 为发电机的转差率[5].由式(1)可知,当发电机转子转速n 发生变化时,调节转子电流频率f 2,可使f 1保持恒定不变,实现双馈异步发电机的变速恒频控制.当n <n 1时,电机处于亚同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相同,励磁电源向转子提供交流励磁电流,定子向电网馈出电能,式(1)、式(2)、式(3)均取正号;当>时,电机处于超同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相反,此时定、转子均向电网馈出电能,式()、式()、式(3)均取负号;当n =n 1时,f 2=0,励磁电源向转子提供直流励磁,此时电机作为普通隐极式同步发电机运行.当风速变化时,V SCF 系统工作过程有:(1)当风速降低时,风力机转速降低,异步发电机转子转速也降低,转子绕组电流产生的旋转磁场转速将低于异步电机的同步转速n s ,定子绕组感应电动势的频率f 低于f 1(50Hz ),与此同时转速测量装置立即将转速降低的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率增高,则转子旋转磁场的转速又回升到同步转速n s ,这样定子绕组感应电势的频率f 又恢复到额定频率f 1(50Hz ).(2)当风速增高时,风力机及异步电机转子转速升高,异步发电机定子绕组的感应电动势的频率将高于同步转速所对应的频率f 1(50Hz ),测速装置会立即将转速和频率升高的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率降低,从而使转子旋转磁场的转速回降至同步转速n s ,定子绕组的感应电动势频率重新恢复到频率f 1(50Hz ).必须注意,当超同步运行时,转子旋转磁场的转向应与转子自身的转向相反,因此当超同步运行时,转子绕组应能自动变换相序,以使转子旋转磁场的旋转方向倒向.(3)当异步电机转子转速达到同步转速时,此时转子电流的频率应为0,即转子电流为直流电流,这与普通同步发电机转子励磁绕组内通入直流电是相同的.实际上,在这种情况下双馈异步发电机已经和普通同步发电机一样了.双馈异步发电机输出端电压的控制是靠控制发电机转子电流的大小来实现,当发电机的负载增加时,发电机输出端电压降低,此信息由电压检测获得,并反馈到控制转子电流大小的电路,也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角,使导通角增大,从而使发电机转子电流增加,定子绕组的感应电动势增高,发电机输出端电压恢复到额定电压.反之,当发电机负载减小时,发电机输出端电压升高,通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小,从而使转子电流减小,定子绕组输出端电压降回至额定电压[6].1.3　VSCF 风力发电机运行数据采用VSCF 技术,1.5MW ,4极(同步转速1500r/mi n )双馈异步发电机实验样机功率/转数运行关系如图所示由图可见,风力发电机不论在亚同步运行、超同步运行,还是过负荷运行过程,VS F 系统都要起59第20卷贾石峰:变速恒频双馈风力发电机系统的研究 n n 1122.2C图2　1.5MW4极双馈异步发电机功率/转数运行关系到功率调节的作用.由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求,发电机转速在不断变化,而且经常在同步转速上下波动[7],这就要求转子交流励磁电源有良好的变频输入输出特性,具有能量的双向流动能力,采用IG B T 器件构成的PWM 整流2PWM 逆变形式的交2直2交静止变频器作为其励磁电源.2　VSCF 风力发电机系统的优越性通过对VSCF 双馈异步发电机实验样机的实际运行效果分析,V SC F 风力发电机系统较传统失速型风力发电机系统具有下列优势:(1)VSC F 发电系统有能力控制异步发电机的滑差在恰当的数值范围内变化,因此可以实现优化风力机叶片的桨距调节;(2)由于风力机是变速运行,其运行速度能够在一个较宽的范围内被调节到风力机的最优化效率数值,使风力机的功率系数C p 值得到优化,从而获得较高的系统效率[8];(3)可以实现发电机低起伏的平滑的电功率输出,达到优化系统内的电网质量,同时减小发电机温度变化;(4)可以降低机组剧烈的转矩起伏和噪声水平,从而能够减小所有部件的机械应力;(5)可独立运行,也可并网运行,并可实现功率因数的调节.3　结束语研究了V SC F 风力发电机系统结构、工作原理、运行数据和系统优势.建立在VSCF 发电技术基础上的双馈异步发电机确保发电机输出功率恒频、恒压,保证了功率输出的平稳性和传动系统的柔性,实现风能-电能安全可靠转换,VSCF 是大型并网风力发电机组的主流机型的关键技术.风电是一种新能源,风能是有大规模开发利用前景的可再生能源,随着人们对环保意识日益增强,传统能源日渐枯竭,风力发电将成为工业化能源的重要组成部分.参考文献:[1]　叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2006.[2]　吴国祥.双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略[J ].电工技术学报,2007,22(7):1702171.[3]　Wang Q ,Chang L C.An Intelli gent Maxim um Po wer Ext rac 2t ion Algorit h m fo r Invert er Based Variable S peed Wi nd Tur 2bi ne Syst ems [J ].IE EE Transactio ns on Power El ect ro nics ,2004,19(5):124221249.[4]　Moo r G D ,Beu kes H J .Maxi mum Po wer Poi nt Trackers For 2wind Turbines[C ].2004,35t h Annual IEEE Po wer El ect ro nics Speci ali st s C o nference[A].Germany ,2004:204422049.[5]　代洪涛.变速恒频双馈风力发电机控制系统研究[J ].沈阳工业大学学报,2003,25(6):4792481.[6]　王海军.变速恒频双馈风力发电变频励磁电源控制研究[D ].兰州:兰州交通大学,2007.[7]　王承熙,张源.风力发电[M ].北京:中国电力出版社,2002.[8]　顾鑫.风力发电机组控制系统研究分析[J ].华东电力,2007,35(2):1612162.作者简介:贾石峰(19682)男,吉林省长春人,1990年毕业于兰州交通大学自动化专业,现任兰州交通大学自动化与电气工程学院副教授,硕士生导师.主要从事检测技术及自动化装置、控制理论与控制工程研究.69 甘肃科学学报 2008年　第4期。

变速恒频双馈风力发电系统并网控制仿真

类似，上耋行时定子绕组通过变压器与电网相连，
转ＩＪ｛Ｉｊ通过双ＰＷＭ变频器和变压器与电网相连
接没定ｆ电流产乍的旋转磁场的同步速为ｎ，根据馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有
第３０卷第２期２０１４年２月
电力
科
学
与
工
程
Ｖｏｌ＿３Ｏ．Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．，２０１４
ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
变速恒频双馈风力发 பைடு நூலகம்系统并网控制仿真
＝ ± （１）
力发电系统，因其具有风能转换效率较高、可灵
活调节有功和无功等特点，近年来得到了广泛应
用。本文就其控制策略建立模型并仿真，力求得
出具有指导意义的理论结果。
０引言
风电系统相比，系统的发电效率大为提高，转速运行范围也较宽，而且可灵活地调节系统的有功
风能作为一种可再生的清洁能源，近年来越和无功。来越受到各国的重视。风力发电由于具有零污染、交流励磁变速恒频风力发电系统的结构框图
作者简介：高扬（１９９０一），男，硕士研究生，研究方向为新能源发电与并网，Ｅ — ｍａｉｌ：ｊｊｇｙｘｋｙ＠１２６．ＣＯＩｎ。

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究

风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究一、概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风力发电系统的核心技术之一便是双馈感应发电机（DFIG）的矢量控制技术。

这种技术对于提高风能利用率和系统稳定性具有重要意义，对双馈感应发电机矢量控制技术的研究具有重要的理论和实践价值。

双馈感应发电机是一种变速恒频风力发电技术中的关键设备，其工作原理是利用风能驱动发电机转子转动，从而产生交流电。

由于风速的波动和不确定性，给风力发电系统的稳定运行带来了一定的挑战。

为了解决这个问题，双馈感应发电机矢量控制技术应运而生。

这种技术通过精确控制发电机的电流和电压的相位和幅值，实现对发电机输出功率的精确控制，从而优化风力发电系统的运行效率。

目前，双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中得到了广泛应用。

仍然存在一些问题需要解决，如控制策略的优化、不同风速下的控制效果、以及控制过程中可能出现的振荡等问题。

对双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究，具有重要的现实意义和理论价值。

本文旨在对风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究。

通过对双馈感应发电机的数学模型、控制策略、以及仿真实验等方面的分析，探讨双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用及其优化。

本文的研究结果将为提高风力发电系统的效率和稳定性，推动风力发电产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。

本文还将关注双馈感应发电机在电网电压不对称条件下的运行问题。

电网电压的不对称性可能会对双馈感应发电机的运行产生不良影响，研究电网电压不对称条件下的双馈感应发电机矢量控制技术具有重要的实践意义。

通过对正序和负序定子磁链进行定向，推导出适应于电网电压不对称条件下的励磁矢量控制策略，实现对转子负序电流的有效控制，从而提高风力发电系统在电网电压不对称条件下的运行稳定性。

本文将全面分析双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用，探讨其优化方法，以及解决电网电压不对称条件下的运行问题。

变速恒频交流励磁双馈异步发电机系统在风力发电系统中的研究

双馈电机型式作为发电机，将这种发电机系统用于转速不稳并
定的风力发电中。
１风力发电机组的类型和组成
１１风力发电机组的类型．
逐步降低，这种结合开拓了更新的领域。为同时，电机拖动的在应用中，馈电机调速的研究取得了很大进展，们可以利用双我
Байду номын сангаас
按照风轮与塔架的相对位置，水平轴式风力发电机组又
可分为上风向安装类型及下风向安装类型。具体地说，风向上风力发电机组的风轮安装在塔架前面，这种安装方式气流稳
定性较好，必须有调向装置，持风轮在运行中始终对；但保隹风向。下风向风力发电机组的风轮安装在塔架后面，种安装方这
刨新技术
速下）对风能的利用比较充分，，因而有较高的效率。该机型风
力发电机组早已进入商品化生产，在风力发电机组中占据了
绝大多数。
式使风轮在运行过程中受到空气流及塔架的干扰，影响风轮的性能。但风轮在运行中始终自动对准风向，以可以省去调所相机构。１２风力发电机组的组成．
［］４唐永哲．电力传动自控制系统［］动Ｍ．西安：西安电子科技大学出版

双馈变速恒频风力发电系统的并网控制研究及其仿真实现

ｇｎｒｔｒｈｓｂｅｅｅｒｈｄｔｋｔｎｃｎｉｉｎｂｘｉｔｎｃｎｒ１ａｅｎｅｅａｏａｅｎｒｓａｃｅＯｍａｅｇｎｒｔｒｏｔｕｏｔｅｍｅｔｇｉａｏｎｃｉｏｄｔｙｅｃｔｉｏｔｏ．Ｂｓｄｏｏｏａｏ
关键词：变速恒频；双馈电机；网控制；磁控制；模仿真并励建中图分类号：Ｋ２Ｔ５文献标识码：Ａ
ＧｒｄＣｏｎｅｔｏｎｔｏｎｄＭｏｅｉｉｎｃｉｎＣｏｒｌａｄｌｎｇ— ｓｍｕａｉｎｏｈｕｌ —ｆｄ — ｉｌｔｏｆｔｅＤｏｂｙ— ｅＶａｉｂｅ— ｓｅｎｔｎ — ｒｑｅｃｉｄＰｏｒＳｓｅｒａｌ — ｐｅｄＣｏｓａｔ— ｆｅｕｎｙＷｎｗｅｙｔｍ
ＡｂｔａｔＷｉｈｔｅｉｃｅｓｎａａｉｙｏｎｏｒｇｎｒｔｎ，ｈｕｒｎｓｒｃ：ｔｈｎｒａｉｇｃｐｃｔｆｗｉｄｐｗｅｅｅａｉｏｔｅｃｒｅｔｍｐｃｎｇｉｏｎｃｉｎｃｕｄｎｔｂｎｒｄｉａｔｒｄｃｎｅｔｏｌｏｅｉｏｅ，ｏｏｇｔｕｈｒｄｃｎｅｔｎｔｃｎｑｅｈｕｄｂｖｓｉａｅｅｔ．Ｉｅｍｓｏｘｓｉｇｇｉｈｓｔｅｇｉｏｎｃｉｅｈｉｕｓｓｏｌｅｉｅｔｔｄｉｄｐｈｎｔｒｆｅｉｎｒｄ—ｃｎｅｔｎｔｃｎｑｅｆｗｉｄｐｗ— ｏｎｇｎｔｏｎｃｉｅｈｉｕｓｏｎｏｏ

变速恒频无刷双馈发电机风力发电系统的研究的开题报告

变速恒频无刷双馈发电机风力发电系统的研究的开题报告
一、选题的背景和意义
随着环保意识的不断增强，风力发电作为一种新兴的清洁能源正在逐渐被人们接受和应用。

风力发电系统中最核心的部件是发电机，而无刷双馈发电机因其高效、可靠、动态性能优异等特点被广泛应用于风力发电系统中。

同时，变速恒频控制技术能够最大限度地提高风力发电机的输出功率，适应不同的风速。

二、研究内容和方法
本文将研究变速恒频无刷双馈发电机在风力发电系统中的应用。

具体包括以下内容：
1. 深入了解无刷双馈发电机的基本原理、结构特点、工作模式等。

2. 研究变速恒频控制技术的工作原理，建立适合风力发电系统的控制模型。

3. 分析风力发电机在不同风速下的输出功率特性，探究变速恒频控制对风力发电机输出功率的影响。

4. 设计并搭建风力发电实验平台，验证研究结果。

三、预期成果和意义
本文的预期成果是：
1. 深入掌握无刷双馈发电机和变速恒频控制技术的原理和特点。

2. 探究变速恒频控制对风力发电机输出功率的影响并做出量化评估。

3. 验证研究结果，并对风力发电系统的优化提供理论支持。

通过本文的研究，可以为风力发电系统的开发和改进提供具有实用性和参考性的理论基础，推广无刷双馈发电机及变速恒频控制技术在风力发电系统中的应用。

同时，将促进可再生能源的开发利用，推进环保事业的发展。

变速恒频双馈风力发电机并网控制策略仿真研究

严重时可能会导致风力发电系统无法接入电网，这给
幅值）作为控制信息提供给控制系统，据此调节发电
机的励磁，并网条件控制发电机定子空载电压。按为了实现交流励磁发电机并网前的端电压准确调节和并网后的输出有功、无功功率的解耦控制，必须实施发电机磁场定向的矢量控制。为此，先需要建立磁场定向ｍ —ｔ转坐标系首旋内发电机的数学模型。
赵宇，王奔，张喜海，李慧６０３）１０１（南交通大学电气工程学院，西四川成都
摘
要：据变速恒频双馈风力发电机组的运行特点，矢量变换控制技术应用于发电机并网控制。利用Ｍｆｂ软根将ａａｌ
件建立空载并网仿真模型，对并网前的空载运行、并网时的过渡过程进行了仿真研究。仿真结果表明，所采用的空载并网技术是变速恒频双馈风力发电机的一种较理想并网方式。关键词：交流励磁；双馈风力发电机；矢量控制；并网
ＡｂｔａｔＡｃｒｉｇｔｔｐｒｉｎｐｒｒｎｅｏａａｌｓｅｄｃｎｔｔｒｑｅｃＶＣ）ｄｕｌｅｉｄ—ｅｅｇｓｒｃ：ｃｏｄｎｅｏｅｍｏｅｏｍａｃｆｒｂｅｐｅｏｓｎｅｕｎｙ（ＳＦｏｂｏｈｆｖｉａｆｙ—ｆｄｗｎｎｒｙ
ｇｎｒｔｒｓｔｅｔｒｃｎｒｌｔｃｎｑｅｉｒｓｎｅｏｂｓｄｆｒｇｉｏｎｃｉｎｃｎｒｌｏｅｅａｏ．ＵｓｇｔｅＭａｌｂｓｆ— ｅｅａｏｅ，ｖｃｏｏｔｏｅｈｉｕｐｅｅｔｄｔｅｕｅｏｒｃｎｅｔｏｔｆｇｎｒｔｒｓｄｏｏｉｔｏｎｈａｔｗａｅ，ａｎｒｏ—ｌａｒｄ—ｃｎｅｔｄｓｍｕａｉｎｍｏｅｓｅｔｂｉｈｄａｄａｐｉｄｔｋｏｒｈｎｉｅｓｓｍｉｌｔｎｏｏｄｇｉｏｎｃｅｉｌｔｄｌｓａｌｅｎｐｌｍａｅａｃｍｐｅｅｓｙｔｓｏｉｓｅｏｖｅｍｕａｉｎｏｔｅｎｈｏ—ｌａｐｒｔｎｂｆｒｅｃｎｅｔｎｗｉｅｇｉｄｔｅｔｎｉｎｒｃｓｔｈｏｎｃｉｎｍｏｎ．Ｂｔｉｌｔｎｏｄｏｅａｉｅｏｅｔｏｎｃｉｔｔｒａｈａｓｅｔｐｏｅｓａｅｃｎｅｔｍｅｔｏｈｓｏｈｏｈｈｄｎｒｔｏｍｕａｉｏａｄｅｐｒｎｔｄｅｒｖａｅｐｏｏｅｏ— ｌａｒｄ— ｃｎｅｔｄｓｈｍｅｉａｒｌｔｅｙｉｅｌａｐｏｃｒＣｏ — ｎｘｉｅｍｅｔｓｉｓｐｏｅｔｔｈｒｐｓｄｎ — ｏｄｇｉ－ｏｎｃｅｃｅｓｅａｉｌａｐｒａｈｆｕｈｔｖｄｏＶＳＦｄｕｂｙ—ｆｄｗｎｌｅｉｄ—ｅｅｇｅｅａｏ．ｎｒｙｇｎｒｔｒＫｅｒｓ：Ｃ．ｅｃｔｔｎ；ｄｕｌｙｗｏｄＡ．ｘｉｉａｏｏｂｙ—ｆｄｗｎｅｉｄ—ｅｅｇｅｅａｏ；ｖｃｏｏｔｏ；ｇｉｏｎｃｉｎｎｒｇｎｒｔｒｅｔｒｃｎｒｌｒｃｎｅｔｙｄｏ

变速恒频双馈感应发电机的建模及仿真

机进行了变速恒频仿真，仿真结果表明：所建立的模型是正确的，变速恒频运行特性是良好的。
关键词：双馈感应发电机；变速恒频；建模仿真中图分类号：ＴＭ３１５文献标识码：Ａ
目前风力发电已在可再生能源的开发中独树一帜，成为对常规能源最具竞争力的新能源发电方式。在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要
求风电的频率与电网频率保持一致，即频率保持恒
定。然而由于风速随时变化，为最大限度地捕获风
Ｕｄ２和“ ：分别为定、转
和Ｌ ‘ ｑ２分别为定、转子电
能，提高风力机的效率，要求发电机的速度可以在一
＝
本降低和制造技术的完善，风力发电的应用前景愈
加光明。
作为数值计算和仿真工具的ＭＡＴＬＡＢ仿真软件已经广泛应用于各行各业。它提供了丰富的仿真模块，为研究人员提供了方便快捷的系统分析、运算和仿真环境。
＝
ＰＬ（ｉｄｉ —ｉｌｉ出）
（３）
其中，尺和。为定、转子绕组电阻（１、２分别代表）；、和分别为ｄ—ｇ坐标系下定、转子等效自感和等效互感；
子电压ｄ，ｑ轴分量；
第ｌ５卷第３期辽宁科技学院学报Ｖｏ１．１５Ｎｏ．３２０１３年９月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＡＯＮＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳｅｐ．２０１３

基于S函数的变速恒频双馈风力发电系统建模研究

爆１｜龟５
（ＰｓＮＰｏＥｃＩＭｃＩ）第６ｌＥＬＩ — ｏＦＬＴｃＡＨＥｘｏｏＲＥＲＮ４（
）
基于Ｓ函数的变速恒频双馈风力发电系统建模研究
刘
摘
竞，向字，杨冯
超
华南理工大学电力学院，东广州（１６０广５０４）
．中图分类号：Ｍ３１２Ｔ１文献标识码：文章编号：０８７８（０１０－０１０Ｔ０．：Ｍ３５Ａ１０－２１２１）３０３－４
Ｒｅｅｒｈｏｏｅｉｇｏｒａｌ－ｐｅｎｔｎ — ｒｑｅｃｓａｃｎＭｄｌｆＶａｉｂｅＳｅｄＣｏｓａｔＦｅｕｎｙｎ
ｇｎｒｔｎｏｅａｉｎｅｅａｉｐｒｔｏｏ
Ｏ引言
Ｍａａ／ｉｌｋ软件的ＳｍｐｗｒＳｓｍｔｂＳｍｕｉｌｎｉｏｅｙｔｓｅ
工具箱中有绕线式异步电机的模型，转子侧在加上变流器模型就成为双馈电机。但这种模
型掩盖了双馈电机的很多特性，以本文根据所
双馈电机的数学模型用Ｓ函数编写双 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电机
图１变速恒频双馈风力发电系统结构图
模型的程序，并基于自建的双馈电机模型对整
个风力发电系统进行整合建模。风力机传动
＋＝（）１
１变速恒频双馈风力发电系统中双馈电机的运行原理

基于S函数的变速恒频双馈风力发电系统建模研究

定子磁场定向时，定子磁链矢量与ｍ轴方向致，所以。，。。忽略定子电阻，按发＝＝０电机惯例感应电势矢量滞后磁链９。０，故，即定子电压矢量就位于ｔ负方向，有Ｕ＝，ｕ轴０：一Ｕ。将这些条件代人式（）～式（）３６，可得到
得到了良好的仿真结果，验证了系统的可靠性。
关键词：变速恒频；双馈电机；定子磁场定向；Ｓ函数；空载运行；发电运行
中图分类号：Ｔ３９９Ｍ５．文献标志码：Ａ文章编号：１０ —８８２１）３００ —４０１６４（０１０ — １８０
』＝ｌ一ｍＬｎＬ１１
【ｔＬ１ｔｌｔ１一Ｌａｉ
转子磁链方程
』・ｒ２：２ｍ・ｎ一ｍ＝．
【Ｌ２ｔｔ２一Ｌｔｉ
一（ Leabharlann ）１双馈电机定子磁场定向控制原理
定子磁场定向就是指将同步旋转ｍ—ｔ标系的坐
ＬＵＪｎ，ＹＡＮＧＸｉｎｙＩｉｇａｇｕ，ＦＥＮＧＣａｈｏ
（ｌｔｃｌｏｅＥｇｎｅｉｏｅｅＳｕｈＣｉａＵｉｒｔＥｅｒａＰｗｒｎｉｅｎＣｌｇ，ｏｔｈｎｎｅｓｙＴｃｎｌｙＧａｇｈｕ５４，ｈｎ）ｃｉｒｇｌｖｉｅｏｇ，ｕｎｚｏ６０Ｃｉａｈｏ１０
’
定子磁链方程
中有绕线式异步电机的模型，在转子侧加上变流器模型就成为双馈电机。但这种模型掩盖了双馈电机的很多特性，所以本文根据双馈电机的数学模型用５函数编写双馈电机模型的程序，并基于自建的双馈电机模型对整个风力发电系统进行整合建模。

双馈风力发电机的运行控制特性的仿真研究

０引言
最近二十年间，力发电技术发展迅速，瓦级变速恒频双馈风兆
１双馈风力发电机组的基本原理
双馈风力发电系统结构框图如图（）示。由风速模型、１所风力机、轮箱、Ｐ齿双ＷＭ变频器、双馈异步发电机、波器和控制系统滤等几部分构成。
ｓｅｄｕｄｅｈｅｒｔｄｗｉｓｅｄＴｈｅｕｔｄｅｐｅｎｒｔｃｎｄｐｅ．ｅｅｒｓｌｍｏｎｔａｅｔｖｉａｌｔｆｔｄｐｅｏｒｌｔｃｎｑｅａｄｃｉｙｏｔｔｎｅｅｄｅｌｓｒｔｈｅａａｌｂｉｉｏｙｈｅａｏｔｄｃｎｔｏｅｈｉｕｎａＴｕｈｅｉｄｐｎｎｔｙ
关键词：力发电风
双馈
定子磁链定向
矢量控制
【图分类号］Ｍ６４Ｔ７３【献标识码】【中Ｔ１；Ｍ４文Ａ文章编号】００３８（０００ —０８０１０ —８６２１）５０４ —４
ＴｈｓａｒｈｏｍｕａｉｎＯｐｒｔｎａｄＣｏｔｏｅＲｅｅｃｆＳｉｌｔｏｎＯｅａｉｎｎｒＩｏＣｈｒｃｅｉｔｓｏｕｌ．ｅｉｄＧｅｅａｏａａｔｒｉｆＤｏｂｙＦｄＷｎｎｒｔｒｓｃ
ｉａｅｏｔａｓｂｓｄｎＭａｌｂ／Ｓｉｌｉｋｔａｒｎｈｉｌｔｏｓｏａｔｅｏｈｘｍｕｗｉｄｐｗｅ Байду номын сангаасｅｅｅｉｕｄｅｌｈｎｅｏｎｍｎｎｏｃｒｙｏｔｅｓｍｕａｉｎｆｃｐｕｒｆｔｅｍａｉｍｎｏｒｗｈｎｔｒｓａｓｄｎｙｃａｇｆｈｄ

变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析

２０ＳｉｅｈＥｇｇ０８ｃ．Ｔｃ．ｎｎ．
动力技术
变速恒频双馈风力发电系统的仿真分析
强明辉曹会会曹燕燕
（兰州理工大学电气工程与信息工程学院，兰州７０５３００河北北方学院物理系，张家口０５０７００）
维普资讯
第８卷
第１２期
２００８年６月
科
学
技
术
与
工
程
⑥
Ｖｏ．Ｎ．２Ｊｎ０８１８ｏ１ｕｅ２０
１７ —８９２０）２３９ —４６１１１（０８１—２７０
ＳｃｅｅＴｅｈｎｌｇｎＥｎｇｎｅｒｎｉｎｃｃｏｏｙａｄｉｅｉｇ
接变频器实现交流励磁，其原理图如图１示。所当发电机转子旋转频率变化时，制励磁电流控频率来确保定子输出频率恒定。即＝凡＋（）１
电机采用的是变速恒频技术，能在各种风速以最大限
度捕获风能，已成为风力发电技术发展的方向¨ 。Ｊ本文研究的是其中较常见的一种方案。该方
案采用交流励磁的绕线式双馈感应发电机
（ＦＧ）ＤＩ。本文在分析了变速恒频运行原理基础上，立了能表征变速恒频风力发电机组特性的建
式中：为发电机的极对数。凡
动态数学模型，且在Ｍａａ／ｉｌｋ中搭建了仿并ｔｂＳｍｕｉｌｎ

双馈风力发电机变速恒频特性试验

２哈尔滨Ａ．大学电气与电子工程学院，ｘ－黑龙江哈尔滨（５００１０４）
摘要利用两路静止变频试验电源、同容量或大于发电机容量的拖动电机和转子变频器构
成双馈风力发电机变速恒频特性测试试验系统，研究双馈风力发电机变速恒频特性测试过程的合理试验工艺，为该类电机的型式试验和系统的电气部分调试提供参考。关键词双馈风力发电机；变速恒频特性；试验
Ｄｏｂｌ－ｄＷｉｗｅｎｒｔｒｕｙＦｅｎｄＰｏｒＧｅｅａｏ
ＬｉｏｅＫｎｒａｇ，ｎｈｎＷｉｅｉａｋ，ａｇＥｌｎａｄＣｅｅｉＸｉｊ
ＡｂｔａｔＢａｅｎｔｅｔｓｓｓｅｏａａｌ —ｐｅｏｓａｔｆｅｕｎｙｃａａｔｒｓｉｓｏｓｒｃｓｄｏｈｅｔｙｔｍｆｖｒｂｅｓｅｄｃｎｔｎ —ｒｑｅｃｈｒｃｅｔｃｆｉｉｄｕｌ－ｅｎｏｒｇｎｒｔｒｏｂｙｆｄｗｉｄｐｗｅｅｅａｏ，ｗｈｃｏｓｓｓｏｗｏｂａｃｅｆｓａｉａｉｂｅｆｅｕｎｙｉｈｃｎｉｔｆｔｒｎｈｓｏｔｔｃｖｒａｌ－ｑｅｃｒ
双馈风力发电机的工作原理是通过叶轮将风
能转变为机械转矩，过主轴传动链，经过齿轮通箱增速到异步发电机的工作转速后，由转子变频
力发电机的型式试验要求更加严格。除了必要的温升试验外，双馈风力发电机的变速恒频特性是
其出厂前必须进行的试验项目。一方面可以确定

变速恒频双馈风力发电系统的统一数学建模及运行仿真

，ｖＧ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｕｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｃｈａｎｇ４６１０００，Ｃｈｉｎａ）
考虑变换器和双馈电机，构建了变速恒频双馈风力发电系统的统一数学模型，为实现系统集成控制提供了依
据。在ＭＡＴＬＡＢ环境下构建了仿真系统，实现了风速模拟、传输线模拟及双馈风电系统模拟，仿真结果表明，
在变速恒频双馈风力发电系统的统一数学模型下，能实现风电系统的有效控制。
ｇｅｎｅｒａｔｏｒ — ＤＦＩＧｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄＤＦＩＧｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄｔｈｅｕｎｉｉｆｅｄｍｏｄｅｌｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ — ＶＳＣＦｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒＭＡＴＬＡＢｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅａｎｄＤＦＩＧｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｕｎｉｉｆｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｔｈｅｐｒｏｖｉｓｉｏｎｔｏｒｅｌｉａｚｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｂｙｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．

变速恒频风力发电技术研究

变速恒频风力发电技术研究一、原理变速恒频风力发电技术的原理是通过变速器控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

风力发电机通常通过3个旋转叶片捕捉风能并驱动转子转动，转子通过轴传递转动力矩给发电机。

而传统的恒速风力发电技术将直接连接发电机输出电能，无法调整转速，因此输出的电能频率随着风速的变化而发生波动。

而变速恒频风力发电技术采用变速器来控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

二、特点1.提高风力发电机的适应性：变速恒频风力发电技术能够根据风速变化实时调整转速，使风机始终处于最佳工况状态。

同时，它还能在风速较低时提高风机的启动速度，从而提高了风力发电机的适应性和发电效率。

2.减少系统损失：传统的恒速风力发电系统中，由于输出功率直接与风速相关，系统频繁地调整发电机的输出功率，从而造成能量的损失。

而变速恒频技术能够通过调整发电机转速来保持恒定的输出频率，减少了能量损失，提高了发电效率。

3.稳定性高：由于能够通过变速器来调整风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定，因此变速恒频风力发电技术具有较高的稳定性。

4.网络适应性强：变速恒频风力发电技术输出的电能频率可与电网频率保持一致，与传统的恒速风力发电系统接入电网更为方便。

三、发展前景1.发电效率提高：变速恒频风力发电技术使风机能够随着风速变化实时调整转速，从而提高了风力发电机的发电效率。

2.节约成本：由于变速恒频技术能够实时调整转速，减少了能量损失，降低了风力发电系统的运行成本。

3.智能化发展：随着科技进步，变速恒频风力发电技术可以与智能化系统相结合，通过数据分析、预测等手段实现对风力发电系统的智能管理，提高系统的可靠性和经济性。

综上所述，变速恒频风力发电技术具有提高发电效率、降低能量损失、稳定性高等特点，在未来的发展中将会得到更广泛的应用和研究。

不仅能提高风力发电系统的使用效率，还能促进风能利用的可持续发展，从而更好地满足人类能源需求，减少对传统化石能源的依赖。