双馈感应变速恒频风力发电机控制系统研究
双馈变速恒频风电系统控制研究
1 引言根据国家能源局的统计数据，2022年我国用电量继续保持上升势头，全年用电量达到8.4万亿千瓦时，同比增长2.2％。
2030年，我国一次能源消费预计将达到60亿吨标准煤左右，若希望其中传统能源占比不超过80％，则意味着二十年内非化石能源需增加一倍之多[1]，任务依旧十分艰巨。
随着风电技术和风力发电机组技术水平的提高，风电机组单机容量不断增加，风电行业向着大功率、高功率密度方向发展。
目前双馈风电机组的主流控制方式为电流源型矢量控制方式，但其缺乏自主的频率与电压支撑能力，而电压源型虚拟同步机控制方式能解决上述缺点，通过一种双馈风电机组电压源电流源双模式运行平滑切换控制策略，分析以上两种控制方式，使控制模式切换问题转变为保证电流内环输入与相位平滑切换问题[2]。
薛利晨等[3]在DSPACE环境中实时实现基于双馈感应发电机（DFIG）的风能转换系统（WECS）的自适应非线性控制策略，而且DSPACE-DS1104板与风力发电系统的实验台直接相关[4]。
目前，非线性反步控制器已经实现，用于控制通过两个转换器（电网侧和机器侧）直接连接到电网的双馈风电机组的转子动能和减载功率。
针对双馈异步风力发电机组的特点，孙浩宁等[5]从转子动能入手，通过控制减载运行方式，协调风机的转子动能与减载功率之间的关系，控制转子能量的释放过程，充分利用转子的旋转动能，可以提升风机电网调频能力；从另一个方面来说，随着风电渗透率的不断提高，双馈风电机组能够快速响应电网频率的变化，具有重要的惯性响应特性。
有学者从双馈感应发电机的励磁控制原理入手，对比了同步发电机在故障下的瞬态频率特性，提出双馈感应发电机可以通过励磁来控制发电机的转速或有功功率[6]。
为了减少风电场节点电压偏差和网络损耗，王耀翔等[7]基于双馈风电机组有功功率数据，估算出机组的无功功率极限，并分析了风电场的无功容量构成及计算方法以减小风电场节点电压偏差、降低网络损耗和利用风电机组无功潜力为目标，构建多目标问题，最后利用优化算法求解。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨变速恒频双馈风力发电系统是当前风力发电的核心技术，在这一系统运行过程中对其进行针对控制具有重要意义。
专业的控制是保证变速恒频双馈风力发电系统正常运行的重要前提。
针对该发电系统的控制主要是集中在电网低压故障时的双变流器控制以及网侧变流器的控制。
本文将结合发电系统原理来探讨如何实现科学高效的专业控制。
变速恒频风力发电技术,是当前运行效率较高,电能质量较优的的发电技术。
这项技术在风力发电领域中有着广泛应用。
随着我国能源形势的日益紧张,变速恒频双馈风力发电系统在风能发电中的作用越来越重要。
在这样的背景下加强对变速恒频发电控制技术的研究具有重要意义。
双馈风力发电是专业系统的的发电技术，这一系统的发电涉及到变流器控制、电网低压故障控制以及电机控制等多个领域。
这些方面的控制是保证变速恒频风力发电技术正常运行的重要措施。
当前针对变流器的控制主要是通过矢量控制技术来实现，这一技术相较于其他技术而言比较方便。
非线性矢量控制变速恒频双馈风力发电系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统，实现对这一系统的及时有效地控制，有必要采用非线性矢量控制的方法来实现。
针对该系统的控制设计人员先是要推算出系统的状态方程，而后根据状态方程推导出逆系统，最后根据逆系统来实现系统内模控制。
1.1.状态方程。
状态方程是表述系统特性的一种典型手法，工作人员可以通过既定的数学模型来推导双馈风力发电系统的状态方程。
双馈风力发电系统的最大控制目标是能够充分利用风能，也就是指在风速一定条件下，能够发挥发电系统的最大有功功率。
因而我们要把风力发电系统的有功功率作为被控制量。
输出量则应该是无功功率。
此时我们设输入变量是u，输出变量是y，那么我们就可以得到以下状态方程和输出方程.1.2.对双馈风力发电系统专业分析。
一个系统能否能利用非线性矢量控制技术来进行有效应用，一个重要前提就在于该系统能否可逆。
因而在控制之前还需要通过逆系统法来判断双馈风力发电系统是否可逆。
变速恒频双馈风力发电机组控制技术
随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严重，开发可再生能源已
成为全球的迫切需求。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大
的开发潜力。
02
风力发电技术发展
随着风电技术的不断进步，风力发电机组的功率和效率得到了显著提
高。变速恒频双馈风力发电机组作为其中的一种重要技术，具有较高
的能量捕获能力和稳定性，得到了广泛关注。
变速恒频双馈风力 发电机组控制技术
2023-11-06
目录
• 引言 • 变速恒频双馈风力发电机组概述 • 变速恒频控制技术 • 双馈风力发电机组的矢量控制技术 • 双馈风力发电机组的直接功率控制技术 • 双馈风力发电机组控制技术的改进与优化建议 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
01
能源危机和环境污染
直接功率控制策略的实验验证
实验平台
为了验证DPC策略的有效性， 需要建立实验平台，包括双馈 风力发电机组、电力电子设备
、测量仪器等。
实验过程
在实验平台上对DPC策略进行 验证，通过对励磁电流、转子 侧变换器电压等参数的调整， 观察双馈风力发电机的运行状
态和性能指标。
实验结果分析
通过对实验数据的分析，可以 评估DPC策略的控制效果和经 济效益。同时还可以对不同控 制策略进行比较和分析，以选
04
双馈风力发电机组的矢量控制 技术
基于矢量控制的双馈风力发电机组控制
01
02
03
矢量控制原理
基于矢量图的分析方法， 通过控制直交坐标系上的 两个分量来实现对电磁转 矩的控制。
矢量控制策略
通过控制励磁电流和转子 电流的幅值和相位，实现 对双馈风力发电机组的有 效控制。
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究变速恒频双馈风力发电机是一种目前被广泛应用的风力发电机型号之一、它的励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。
本文将从变速恒频双馈风力发电机的原理入手，介绍其励磁控制技术的研究现状和存在问题，并展望未来的发展方向。
变速恒频双馈风力发电机是一种采用双馈变速发电机作为发电机的风力发电系统。
其工作原理为：风能通过风轮驱动发电机转子旋转，产生电能。
其中，双馈发电机在转子和定子之间通过两个转换器将电能传递到电网中。
变速恒频控制技术的目的是根据风能的变化调整电机的转速，从而使发电机输出的电压频率保持稳定不变，并将其与电网的频率保持一致。
目前，变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术主要有三种类型：恒功率控制、恒风速控制和变频控制。
恒功率控制方法通过调节齿比传动装置来使得风力发电机输出的功率恒定。
恒风速控制方法通过调整转子的转速来使得风轮的转速保持恒定，从而达到一定的风速条件下输出恒定的功率。
变频控制方法通过控制发电机的频率来实现电网的频率同步。
然而，该技术在实际应用中还存在一些问题。
首先，励磁调节繁琐，难以实现精确控制。
其次，由于风力的不稳定性，变速恒频双馈风力发电机的输出功率会产生一定的波动，从而对电网的安全性和稳定性产生影响。
此外，传统的变速恒频控制方法对于风力发电机在不同气候条件下的风速响应能力较差。
未来的发展方向是改进现有的励磁控制技术，提高风力发电机的发电效率和稳定性。
一方面，可以研究开发更加精确的励磁控制算法，提高励磁系统的响应速度和控制精度。
另一方面，可以采用先进的传感器技术来实时监测和调节风力发电机的工作状态，以提高其对风力变化的响应能力。
此外，还可以结合机器学习等新兴技术，通过模型预测和预测控制来减小风力发电机输出功率的波动性。
综上所述，变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。
通过改进励磁控制算法和采用先进的传感器技术，可以提高风力发电机的响应能力和控制精度，减小输出功率的波动性。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨前言随着能源危机的日益加剧，可再生能源逐渐成为人们关注的热点。
风能作为最具潜力的可再生能源之一，引起了众多研究人员的关注。
近年来，变速恒频双馈风力发电系统控制技术成为研究热点之一，具有广阔的应用前景。
本文将对变速恒频双馈风力发电系统控制技术进行探讨。
双馈发电机和变频控制双馈发电机是目前风力发电机中最常使用的一类发电机。
传统的风力发电系统采用异步发电机作为发电机，随着风速的改变，输出电压、频率和电流也会跟随变化。
而采用双馈发电机后，输出电压和频率能够稳定控制在一个合适的范围内。
变频控制技术是指通过调整发电机输出电压和频率，使其与电网的电压和频率同步，从而实现电能的输送。
传统的电力系统一般采用恒频输电，这种方式下，不同的发电机必须调整其转速，以达到跟电网同步的效果，导致效率低下。
而采用变频控制技术，可以根据需要调整发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。
变速控制技术变速控制技术是指通过改变风力发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。
传统的风力发电系统中，往往采用固定转速的方式，无法灵活地调整转速以适应不同的风速。
而采用变速控制技术，则可以在不同的风速下，调整发电机的转速，以保证其输出的电量和质量。
曲线控制曲线控制技术是指通过调整双馈发电机的转速和输出电压，使其输出的电量和质量符合电网的要求。
传统的控制方法是基于刚性控制，不能灵活地调整发电机的参数。
而曲线控制技术，则可以根据电网的要求，调整发电机的控制参数，以保证其稳定地、高效率地运行。
软件控制技术软件控制技术是指通过计算机程序控制风力发电系统的运行。
传统的控制方式大多采用硬件控制，控制方式复杂、扩展性不强。
而采用软件控制技术，则能够通过计算机程序实现控制功能，提高系统的自动化程度。
结语变速恒频双馈风力发电系统控制技术是风力发电的研究热点之一，具有广阔的应用前景。
本文通过介绍双馈发电机和变频控制、变速控制、曲线控制、软件控制技术等方面，对其进行了探讨。
变速恒频双馈风力发电机组电控系统的研究与实现的开题报告
变速恒频双馈风力发电机组电控系统的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义风力发电作为一种清洁能源，具有越来越重要的地位。
目前，国内外市场对风力发电的需求正在不断增长，风力发电机组的制造也呈现出越来越大型化、智能化的趋势。
然而，风电场应变情况、气象条件等因素的影响往往导致发电机组的输出功率存在很大的波动，影响了发电效率。
为了解决这一问题，变速恒频双馈风力发电技术应运而生。
该技术通过对发电机转速和电网频率进行联合控制，实现了对输出功率的精准调控，提高了风电场的发电效率。
变速恒频双馈风力发电机组电控系统是该技术的核心部分，其设计优化直接关系到发电机组的性能和效率。
因此，对于电控系统的研究与实现具有重要的意义，可以提高风力发电的经济性和可靠性，促进清洁能源的发展。
二、研究内容和目标本文的研究内容主要包括以下方面：1.分析变速恒频双馈风力发电机组的工作原理及电控系统的组成；2.研究电控系统中的PI调节器、电压控制器、转速控制器等关键性能指标；3.设计电控系统的硬件电路，如偏置供电、滤波器等电路；4.实现电控系统的软件，包括MATLAB/Simulink模型及其控制算法、C语言编程及控制命令编写；5.完成实验验证，对比不同控制方法下的风力发电机组性能表现。
研究的目标是：设计一套稳定可靠的变速恒频双馈风力发电机组电控系统，实现对发电机组性能的精准调控，在实验验证中实现优异的性能表现。
三、研究方法和步骤1.收集、整理文献资料，对变速恒频双馈风力发电技术和电控系统进行深入了解；2.通过建立MATLAB/Simulink模型，研究电控系统中的PID调节器、电压控制器、转速控制器等关键性能指标，并进行参数优化；3.设计电控系统的硬件电路，包括偏置供电、滤波器、信号放大器等电路；4.实现电控系统的软件，包括MATLAB/Simulink模型及其控制算法、C语言编程及控制命令编写；5.实验验证，对比不同控制方法下的风力发电机组性能表现，并分析优化方案。
变速恒频双馈风力发电机矢量控制研究的开题报告
变速恒频双馈风力发电机矢量控制研究的开题报告一、研究背景目前，风力发电技术已经成为可再生能源发电领域中的重要一员。
然而，风能资源的不确定性以及风力发电机组的动态响应、颤振等性能问题仍然需要得到研究和解决。
为了提高风力发电机组的运行效率和可靠性，必须采用更加先进的控制策略。
变速恒频双馈风力发电机是目前应用最广泛的一种风力发电机。
然而，该类型风力发电机的矢量控制实现方法还存在一些问题，如控制精度不高、过渡过程不稳定等。
因此，本课题选取变速恒频双馈风力发电机作为研究对象，通过研究矢量控制技术，提高该类型风力发电机的运行效率和可靠性。
二、研究目的本课题旨在研究变速恒频双馈风力发电机的矢量控制技术，解决其控制精度不高、过渡过程不稳定等问题，从而提高风力发电机组的运行效率和可靠性。
三、研究内容本课题研究内容包括以下几个方面：1. 变速恒频双馈风力发电机的基本原理和结构特点：主要研究变速恒频双馈风力发电机的结构、工作原理、电气参数等方面的知识。
2. 变速恒频双馈风力发电机矢量控制原理：采用矢量控制技术，对变速恒频双馈风力发电机进行控制，研究控制原理和模型。
3. 变速恒频双馈风力发电机矢量控制算法：针对存在的问题，设计适合该类型风力发电机的控制算法，提高控制精度和稳定性。
4. 变速恒频双馈风力发电机矢量控制仿真实验：通过建立仿真模型，对所设计的矢量控制算法进行仿真实验，并进行分析和评估。
四、研究意义本课题的研究成果可以提高变速恒频双馈风力发电机的运行效率和可靠性，降低风力发电成本，促进风力发电技术的进一步发展。
同时，本课题的研究也具有一定的理论研究价值和应用价值，可为其他类型风力发电机的控制策略设计和优化提供参考。
五、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要包括理论分析、仿真实验、实验验证等。
具体步骤如下：1. 理论分析：分析变速恒频双馈风力发电机的工作原理和控制策略，建立控制模型。
2. 矢量控制算法设计：设计适合该类型风力发电机的控制算法，提高控制精度和稳定性。
双馈感应电机变速恒频风力发电系统控制技术研究的开题报告
双馈感应电机变速恒频风力发电系统控制技术研究的开题报告一、研究背景和意义风力发电是一种清洁、可再生、经济的能源资源利用方式，近年来得到了越来越广泛的应用。
但是，由于风速的波动性和风电机转速变化的不可避免性，风力发电系统的变速控制技术成为制约其发展的瓶颈之一。
传统的风力发电系统采用的是直驱式发电机，这种发电机具有体积大、重量重、维护费用高等缺点。
为了解决这些问题，目前双馈感应电机被广泛应用于风力发电系统中，具有结构简单、体积小、运行可靠等优点。
双馈感应电机是一种具有两个转子的感应电机，其转子分别为线圈转子和滑环转子，线圈转子和滑环转子通过两条转子间的定子绕组相连。
与传统的感应电机相比，双馈感应电机具有双重功率，即外部轴上的功率和内部转子上的功率，可以更好地适应风速波动和转速变化的需求，提高了变速控制的灵活性和鲁棒性。
本课题旨在研究双馈感应电机变速恒频风力发电系统的控制技术，通过开展理论分析、掌握相关技术和实验研究，实现风力发电系统的高效、可靠和稳定运行，具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和目标1. 双馈感应电机和变速器原理研究：通过文献调研和理论分析，深入了解双馈感应电机和变速器的结构、工作原理和基本参数。
2. 变速恒频控制技术研究：对变速恒频控制技术的基本原理、控制策略和算法进行系统研究，包括传统的PID控制策略、自适应控制策略等。
3. 变电站接口电路设计：设计符合电网要求的双馈风力发电系统的变电站接口电路，使其满足接入电网的电压、频率和功率因数等标准。
4. 风力发电系统仿真研究：采用Matlab/Simulink软件对双馈感应电机变速恒频风力发电系统进行建模和仿真研究，验证所设计的控制策略和算法的可靠性和有效性。
5. 实验验证与分析：建立试验台，进行系统的实验验证和参数测试，分析系统控制性能和稳定性的优缺点，对系统方案进行优化。
研究目标：1. 获得双馈感应电机变速恒频风力发电系统的工作特性和运行参数。
变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究
变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究xx年xx月xx日•引言•变速恒频双馈风力发电机组系统构成•变速恒频双馈风力发电机组控制策略•变速恒频双馈风力发电机组控制技术实现目•实验与分析•结论与展望录01引言课题背景及意义风能是一种清洁、可再生的能源，具有大规模开发利用价值。
能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源成为能源发展的方向。
变速恒频双馈风力发电机组是风力发电系统的重要部分，提高其控制技术对提高风能利用率和稳定性具有重要意义。
国内外研究现状及发展趋势变速恒频双馈风力发电机组控制技术成为风能领域的研究热点。
国内外的学者和工程师对变速恒频双馈风力发电机组控制技术进行了广泛研究。
目前的研究主要集中在矢量控制、直接功率控制和最优控制等方面。
主要研究变速恒频双馈风力发电机组的控制策略和算法。
研究直接功率控制策略，实现双馈风力发电机组的高效、稳定运行。
研究最优控制策略，优化双馈风力发电机组的运行效率和稳定性。
研究变速恒频双馈风力发电机组矢量控制策略，提高其运行性能和效率。
主要研究内容和方法02变速恒频双馈风力发电机组系统构成风力发电机组是将风能转化为电能的系统，包括风轮、传动系统、发电机、控制系统等部分。
风轮将风能转化为机械能，传动系统将风轮的机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组系统概述双馈风力发电机组是一种变速恒频风力发电机组，包括定速发电机、变速器和控制系统等部分。
定速发电机是主要的发电设备，变速器可以调节发电机转速，控制系统可以控制整个机组的工作状态和运行参数。
变速恒频双馈风力发电机组构成VS双馈风力发电机组需要满足变速恒频的控制要求，即保持发电机转速恒定，同时能够调节风轮的转速和功率。
控制系统需要实现机组的并网控制、最大风能追踪、载荷优化等功能，保证机组稳定运行并提高运行效率。
系统控制需求分析03变速恒频双馈风力发电机组控制策略矢量控制也称为磁场定向控制，它通过控制直交变换的旋转磁场，实现对转子电流的控制。
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。
变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术
CHAPTER 03
变速恒频双馈风力发电机励 磁控制技术
变速恒频双馈风力发电机数学模型
坐标变换
从三相静止坐标系到两相旋转 坐标系的变换，将三相交流变
量转换为直流变量。
数学方程
建立变速恒频双馈风力发电机的数 学模型，包括电压方程、电流方程 、状态方程等。
矢量图
利用矢量图对变速恒频双馈风力发 电机的数学模型进行解释，分析各 个变量之间的关系。
研究内容与方法
研究内容
本文主要研究变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术，包括励磁控制策略、控 制系统设计、实验验证等方面。
研究方法
本文采用理论分析和实验验证相结合的方法，首先建立变速恒频双馈风力发电 机的数学模型，然后设计励磁控制系统并进行实验验证。
CHAPTER 02
双馈风力发电机工作原理
双馈风力发电机结构与特点
优化控制策略实现
基于模型的优化
通过建立系统的数学模型，对模型进行仿真实验，以验证控制策 略的有效性和可行性。
基于经验的优化
根据实际运行的经验和数据，对控制策略进行调整和优化，以达 到更好的性能。
基于人工智能的优化
利用人工智能技术，通过对大量数据的分析和学习，自动调整和 优化控制策略。
CHAPTER 05
市场机遇
随着新能源市场的不断扩大，变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术的市场前景广阔，将迎来更多的 发展机遇。同时，技术的进步也将推动新能源领域的发展，为社会和经济的可持续发展贡献力量。
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电力电子技术
在电力电子技术的发展推动下，变速恒频双馈风力发电机 励磁控制技术将不断进步，提高电力系统的性能和稳定性 。
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的运行控制特性的仿真与实验研究的开题报告
变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性的仿真与实验研究的开题报告一、研究背景及意义随着清洁能源的发展以及环保意识的提高，风力发电已经成为常见的一种发电方式。
而风力发电机则是风力发电中最重要的设备之一。
现有的风力发电机主要有齿轮传动式和直驱式两种，其中直驱式风力发电机因其转速较低，功率因数高等特点受到了广泛的关注和应用。
其中，变速恒频双馈风力发电机则是直驱式风力发电机的一种。
变速恒频双馈风力发电机是近年来风力发电机领域的一个热门研究方向。
这种风力发电机具有控制方便、效率高、转速范围大等优势，同时还能够有效地解决风能资源波动及电气网络质量等问题。
因此，对于该风力发电机的运行控制特性进行研究具有重要的理论和实际应用价值。
二、研究内容本研究主要对变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性进行研究，包括以下内容：1. 建立变速恒频双馈风力发电机的模型，并进行仿真测试。
2. 分析变速恒频双馈风力发电机的控制特性，设计控制系统模型。
3. 对模型进行实验验证，验证模型控制效果并对实验结果进行分析。
三、研究方法本研究采用建立数学模型与控制系统模型相结合的方法，通过仿真测试和实验验证来分析变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性。
具体来说，本研究将采用如下方法进行研究：1. 建立变速恒频双馈风力发电机的数学模型，包括机电特性、电气特性和控制特性等方面的建模。
2. 对模型进行仿真测试，通过Matlab等仿真软件，对模型进行测试和分析。
3. 根据仿真结果设计变速恒频双馈风力发电机的控制系统，包括矢量控制、MPPT控制、齿轮箱预测控制等方面的设计。
4. 运用Labview等实验平台对设计的控制系统进行实验验证并对实验结果进行分析。
四、预期目标及意义本研究旨在通过对变速恒频双馈风力发电机的运行控制特性进行深入研究，达到以下目标：1. 建立变速恒频双馈风力发电机的数学模型，揭示其机电特性、电气特性和控制特性等方面的规律。
2. 给出变速恒频双馈风力发电机的控制方案，包括矢量控制、MPPT控制、齿轮箱预测控制等方面的设计。
变速恒频双馈风力发电机组控制技术
定义与特点
变速恒频双馈风力发电机组是一 种通过调节发电机转速来实现恒 频输出的风力发电系统，具有风 能利用率高、运行范围广等优点
。
工作原理
风力机将风能转化为机械能，通 过变速装置驱动双馈发电机运行 ，发电机输出的电能经过电力电
子装置调节后并入电网。
技术优势
变速恒频双馈风力发电机组具有 较宽的运行范围，能够适应不同 风速条件下的高效发电，提高风
06
结论与展望
研究结论与创新点总结
结论一
控制策略优化提升效率。通过对变速恒频双馈风力发电机 组的控制策略进行优化，可以显著提高机组的运行效率， 并降低能耗。
结论二
多变量控制实现稳定运行。引入多变量控制技术，有效应 对风力发电过程中的不确定性，提高机组的稳定性。
创新点
自适应控制算法。研发自适应控制算法，使机组能够根据 不同环境条件自动调整运行参数，提升发电效率。
控制参数调整：根据最大功率点的位 置，动态调整发电机的转速、励磁电 流等参数，以实现最大功率捕获。
功率曲线拟合：根据历史数据拟合风 速-功率曲线，确定当前风速下的最 大功率点。
这些控制策略在变速恒频双馈风力发 电机组中具有重要作用，能够提高风 力发电效率、保障电力系统稳定运行 ，并降低对环境的影响。
前景分析
随着全球对可再生能源需求的增长，变速恒频双馈风力发电机组控制技术将迎来更广阔的 发展空间。同时，政策的支持和市场的驱动将为该技术的发展提供有力保障。
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变速恒频双馈风 力发电机组控制 技术
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2023-11-22
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• 引言 • 双馈风力发电机组的数学模型与
控制策略 • 变速恒频双馈风力发电机组的控
无刷双馈风力发电机变速恒频控制技术研究的开题报告
无刷双馈风力发电机变速恒频控制技术研究的开题报告一、选题来源及研究背景随着能源需求的不断增加和环境保护的日益重视，风力发电作为一种可再生能源得到了广泛关注和发展。
无刷双馈风力发电机（Brushless Doubly-Fed Induction Generator, BDFIG）是一种新型的风力发电机，与传统的双馈风力发电机相比，具有高效率、稳定性好等优点。
在风力发电系统中，控制技术是实现高效利用风能的关键。
因此，无刷双馈风力发电机变速恒频控制技术的研究具有重要意义，可为提高风力发电系统的能量转换效率、降低系统成本等方面做出贡献。
二、研究内容1. 无刷双馈风力发电机的工作原理和特点分析2. 添装双侧功率电子装置的无刷双馈风力发电机比传统双馈风力发电机的优点探讨3. 基于MATLAB/Simulink的无刷双馈风力发电机模型建立和变频控制策略设计4. 系统仿真与实验证明三、研究目标和意义本课题将以无刷双馈风力发电机为研究对象，探究其变频控制策略，具体研究内容包括无刷双馈风力发电机的工作原理和特点分析、添装双侧功率电子装置的无刷双馈风力发电机比传统双馈风力发电机的优点、基于MATLAB/Simulink的无刷双馈风力发电机模型建立和变频控制策略设计以及系统仿真与实验证明等。
旨在探寻无刷双馈风力发电机在风电系统中的应用价值，为提高风力发电系统的能量转化效率，优化系统设计，降低系统成本做出贡献。
四、研究方法1. 参考学术论文和文献，对无刷双馈风力发电机的工作原理和特点进行分析，对添装双侧功率电子装置的无刷双馈风力发电机比传统双馈风力发电机的优点进行探讨。
2. 基于MATLAB/Simulink平台，利用复广角控制策略，建立无刷双馈风力发电机模型并进行变频控制策略设计。
3. 对设计的变频控制策略进行仿真验证，在无刷双馈风力发电机系统中进行实验数据采集，并对实验结果进行分析综合，从而得出有效的结论。
五、计划进度1.前期调研和文献综述（2周）2.无刷双馈风力发电机特点分析及比较研究（4周）3.无刷双馈风力发电机模型建立及变频控制策略设计（6周）4.系统仿真及实验数据采集（8周）5.结果分析与论文撰写（6周）。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨一、引言风力发电系统是一种可再生能源装置，其性质使其成为替代传统能源源的一个重要选择。
风力发电系统使用叶片接收风能，驱动发电机产生电力，为环境保护和可持续发展做出了积极贡献。
然而，由于风资源的不稳定性和不可预测性，风力发电系统的设计和控制面临着许多挑战。
本文将探讨变速恒频双馈风力发电系统控制技术的相关问题。
二、变速恒频双馈风力发电系统的基本原理变速恒频双馈风力发电系统是目前最常用的风力发电系统。
它由风能转换装置、变频控制装置和电网接口装置三部分组成。
其中，风能转换装置包括风轮、轴承、塔架、叶轮等部件，负责将风能转化为转动机械能；变频控制装置包括变频器、双馈异步发电机等部件，使发电机输出的电压和频率与电网匹配；电网接口装置包括变压器、保护装置、电缆等部分，将发电机输出的电能接入到电网中。
基本工作原理是：风轮和叶轮通过系泊装置固定在预定空中高度上，利用旋转的叶片捕捉风能，驱动发电机产生电能，经过变频器进行升压、逆变处理后接入电网。
同时，变频器可以根据风速的变化控制电机的转速，从而保持电机的输出功率不变。
由于双馈异步发电机有较好的抗干扰性能和相同功率下体积小、重量轻的特点，因此越来越多的风电塔采用双馈异步发电机。
三、变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究1. 变频控制技术变频控制技术是风力发电系统中最核心的技术之一，它直接决定了风力发电机的效率和质量。
变频控制技术是采用电流、电压和功率等参数作为控制对象，采用PWM模式以及单闭环、双闭环控制等方式进行控制。
通过对这些参数的调整，可以有效提高风力发电机的电功率输出、转速、功率因数等参数，使发电机具有更好的发电效率。
2. 变速控制技术变速控制技术是另一种常用的风力发电系统控制方法。
通过控制电机的旋转速度，可以实现不同风速下的最佳发电功率。
同时，变速控制技术还可以提高发电机的风能利用效率，增加电机的寿命，减少发电机的损耗和维护成本。
基于PLC的变速恒频双馈风力发电机组制动控制系统的研究
基于PLC的变速恒频双馈风力发电机组制动控制系统的研究摘要变速恒频双馈风力发电技术是一种新型风力发电技术,是今后风力发电的必然趋势,在风力发电中制动控制是风力发电机组安全运行的重要环节，在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，我们就需要根据机组发生的故障种类进行判断，并发出控制指令进行不同的制动控制进行停机，达到保护机组安全运行的目的。
本文以S7-300型PLC为核心控制器，通过传感器的选型、PLC硬件的选型、I/O口的确定、制动控制的编程，对整个系统设计。
由于某些原因需要停机时发出信号给PLC，PLC发出指令给变频器和发电机进行脱网停机。
关键字：制动，PLC，传感器，编程ABSTRACTVSCF doubly fed wind power generation technology is a new wind power technology, wind power is the inevitable trend of the future ,In wind power generation wind turbine brake control is an important part of safe operation, the wind turbine failure or due to other reasons shutdown, we need to set the fault occurred Zhonglei under judge the instructions are sent to make different parking brake control to achieve the purpose of protection of the safe operation of unit.In this paper, S7-300 type PLC as the core controller, through the selection of sensors, PLC hardware selection, I / O to determine population, brake control programming, the entire system. For some reason need to shutdown signal to the PLC, PLC to issue instructions to the inverter and the generator off network downtime.Keywords: brake, PLC, sensor, program目录1 课题背景---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1 我国风力资源的状况--------------------------------------------------------------------------------------- 11.2 我国风电产业的发展与展望 ---------------------------------------------------------------------------- 21.3 变速恒频双馈风力发电的含义------------------------------------------------------------------------- 51.4 制动控制系统的意义--------------------------------------------------------------------------------------- 52 制动控制系统的结构------------------------------------------------------------------------------------------- 62.1 变速恒频双馈风力发电系统结构 --------------------------------------------------------------------- 62.2 制动控制系统结构与原理-------------------------------------------------------------------------------- 73 制动控制传感器的选型--------------------------------------------------------------------------------------- 83.1 传感器的介绍-------------------------------------------------------------------------------------------------- 83.2 传感器的型号选择与优点-------------------------------------------------------------------------------- 94 制动控制系统的PLC硬件设计 ------------------------------------------------------------------------ 114.1 PLC的概述 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 114.2 西门子S7-300选用依据-------------------------------------------------------------------------------- 144.3 模块的选型与硬件图------------------------------------------------------------------------------------- 155 制动控制系统的PLC软件设计 ------------------------------------------------------------------------ 185.1 控制系统中对PLC程序的具体要求 --------------------------------------------------------------- 185.2 I/O对照表 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 185.3 制动控制流程图 -------------------------------------------------------------------------------------------- 195.4 程序的具体实现 -------------------------------------------------------------------------------------------- 236 总结---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 29致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 301 课题背景1.1 我国风力资源的状况风能的大小用风功率密度[1]（w/m2）来度量，它与空气密度和风速的立方成正比。
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双馈感应变速恒频风力发电机控制系统研究李健 李华德北京科技大学 摘要:结合双PWM变换器、双馈感应发电机和矢量控制技术的优点,根据双馈感应发电机的数学模型,建立了双馈感应变速恒频风力发电机矢量变换控制系统框图,并对系统进行了实验研究,获得了良好的控制性能,得出该系统能够在变风速的情况下最大程度地获得风能,提高发电质量。
关键词:双馈感应发电机 矢量控制 双PWM变换器 风力发电D oubly Fed I nduction Var i able-speed Con stan t-frequencyGenera tor for W i nd Turb i nes Syste mL i J ian L i H uadeAbstract:T he paper introduces a viable alternative to adjust speed over a w ide range at m ini m al co st using doubly fed inducti on generato r fo r w ind bined w ith the advantaged of doubly2PWM converto r, doubly2fed inducti on generato r and vecto r contro l.V ecto r contro ller block diagram fo r D F IG has been p resented by D F IG m athem atics model.T he si m ulati on and experi m ental results indicate that th is system has m any advan2 tages as compared to traditi onal vecto r contro l system.T he system can cap ture m axi m um w ind pow er at op ti m al speed from w ind and perm its active and reactive pow er to regulate independently.Keywords:doubly fed inducti on generato r vecto r contro l doubly2PWM converto r w ind turbines1 引言风力发电机直接并网发电时,要求输出频率与电网频率一致。
保持发电频率恒定的方法有:恒速恒频和变速恒频。
双馈感应发电机(D F IG)结构简单,坚固可靠。
由D F IG和控制装置组成的发电系统称为变速恒频风力发电系统。
D F IG在保持其输出频率恒定的前提下,转速可以在较宽的范围内进行调节,从而能有效地改善发电机组的运行性能和效率。
双馈感应风力发电机组具有:低风速时能够根据风速变化,在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能;高风速时储存或释放部分能量,提高传动系统的柔性,使功率输出更加平稳[1];系统成本低、功率因数可调、可靠性高;发电机主轴转速可调,可实现变速恒频输出。
双馈感应变速恒频风力发电机系统要求能量双向流动,在变换器的选择上,由于交交式变换器输出电流谐波成分较高而且输出频率受到限制[2]和矩阵式变换器[3,4]既不允许存在换流重叠,又不允许存在换流间隙,实现起来很困难。
所以本文采用的是双PWM变换器。
它不仅保持了输出电流完全逼近正弦波的优点,而且还实现了单位功率因数的输入电流[5]。
双PWM变换器即PWM整流PWM逆变的交2直2交电压源型变换器(V SC),开关器件采用IGB T,如图1所示。
V SC的电网侧和电机侧电流均为正弦波电流,且电网侧功率因数正负可调或为1,完全消除了对电网的影响。
在电网电压波动时,仍可维护直流母线电压基本不变,V SC可正常工作。
在电网故障、电压突然消失时,能保证设备安全。
V SC性能良好,它不仅解决了4象限运行问题,而且不影响电网。
图1 交2直2交电压源型变换器(V SC)61 电气传动 2004年 第4期 2 双馈感应变速恒频风力发电机组图2所示为变速恒频风力发电机组的一种连接方式[6],发电机采用同步发电机或鼠笼异步发电机,通过V SC 直接并入电网。
发电机产生变化频率的交流电能,通过V SC 把这一变化频率的交流电能变换为恒定频率(电网频率)的交流电能送入电网。
这种连接方式下,功率变换器容量与发电机容量相同,造成变流损耗大,并且网侧滤波器较大,机组成本高。
图2 直接并网型调速风力发电机组发电机采用D F IG ,将D F IG 的定子绕组直接接入电网,同时D F IG 的转子绕组通过V SC 接入电网,组成了双馈感应风力发电机组,(见图3)。
其优点为:功率变换器的容量大大减小,通常V SC 容量为总机组容量的25%,降低了功率变换器成本,减少了变流损耗,提高了发电效率;降低了网侧滤波器的容量,其容量只为总机组容量的25%;总输出功率因数可调,输出电流为正弦;发电机的调速范围大,通常为发电机额定转速的33.3%。
图3 双馈感应变速恒频风力发电机组3 双馈感应发电机的数学模型风力机的转速Ξr ,发电机的发电频率Ξ1以及交流励磁电源的频率Ξ2之间的关系见式(1),通过调节Ξ2来保证Ξ1保持不变。
即Ξ1=Ξr ±Ξ2(1)当D F IG 转速小于定子旋转磁场转速时,电机处于亚同步运行状态,V SC 向发电机转子供电,定子输出电能至电网,式(1)取正号;当D F IG 处于超同步运行状态时,D F IG 的定子和转子同时输出电能至电网,V SC 能量反向流动,式(1)取负号。
为了实现发电机输出电压的频率控制及输出有功、无功功率的独立调节,以及完全实现d 、q 轴变量之间的解耦,我们采用定子磁场定向矢量控制方法。
为此采用建立在同步速d c 2q c 坐标系中的基本方程[7,8]。
u d cs =p 7d cs -Ξ17q cs+R s i d csu q cs =p 7q cs+Ξ17d cs +R s i q cs (2) u d cr =p 7d cr -Ξ27q cr +R r i d cru q cr =p 7q cr +Ξ27d cr +R r i q cr (3) 7d cs =L s i d cs +L m i d cr7q cs=L s i q cs +L m i q cr (4)7d cr =L r i d cr +L m i d cs7q cs =L r i q cr +L m i q cs(5)上式中:下标s ,r 分别为定、转子;u 为电压;i 为电流;R 为电阻;L 为电感;L m 为互感;7为磁链;p 为微分算子。
在电机中,选不同定向矢量所得到的控制结构与控制性能不同。
在发电机情况下以定子磁场定向可使控制系统简化,有功功率、无功功率的计算也相当简单,故将参考坐标系放在以同步速度旋转的磁场上,并使d c 轴和定子综合磁链7m 的方向重合,则有7d cs =7m ,7q cs =0。
在忽略定子绕组电阻的情况下,电机的定子磁链与定子电压矢量之间的相位相差为90°,则式(2)变换为u d cs =p 7m u q cs =Ξ17m(6)由于D F IG 输出的定子电压为三相平衡正弦电压,其幅值U m 为常数,变换到d c 2q c 坐标轴系上,则有[7]u d cs =0u q cs =U m(7)根据式(6)、式(7)有p 7m =0,7m =U m Ξ1,可知在Ξ1恒定的条件下,保持电压U m 为恒值可实现定子磁场定向。
D F IG 定子侧的有功功率P 和无功功率Q 为P =u d cs i d cs +u q cs i q cs Q =u q cs i d cs -u d cs i q cs(8)将式(7)代入式(8),变换得P =u q cs i q cs =U m i q cs Q =u q cs i d cs =U m i d cs(9)这表明采用定子磁场定向,只要分别控制定子电流分量i q cs 和i d cs 即可实现发电机的有功和无功功率独立调节。
定子电流各分量的调节可以通过调控转子绕组供电电压u d cr ,u q cr 来实现。
考虑条件7d cs =7m ,71电气传动 2004年 第4期 7q cs=0,p 7m =0,7m =U m Ξ1,式(4)变换得i d cr =U m (Ξ1L m )-L s L m i d csi q cr =-L s L m i q cs(10)将式(10)代入式(5),结合式(3)可得u d cr =-(ΡT 1+1)i d cs k -s Ξ17q cr +R r i d cru q cr =-(ΡT 1p +1)i q cs k -s Ξ17d cr +R r i q cr(11)式中:Ρ为漏磁系数,Ρ=1-L 2m(L s L r );T 1为定子时间常数,T 1=L s R s ;s 为发电机运行时的转差率,s =Ξ2 Ξ1;k =L m L r R r 。
在利用式(11)进行磁通控制时,不论采用直接磁通闭环控制,还是采用间接磁通闭环控制,均需消除转子电阻压降R r i d cr 和R r i q cr、旋转电动势项s Ξ17q cr 与s Ξ17d cr 在d ,q 轴的交叉耦合,它们的存在增加了系统的互相干扰。
如果采用解耦补偿的办法将这两旋转电动势及两电阻压降项消除,则式(11)可变为i d cs u d cr =-k(ΡT 1p +1)i qcs u q cr =-k (ΡT 1p +1)(12)从而可实现对定子电流分量i q cs 、i d cs 的单独调节。
4 双馈感应发电机的矢量控制实现D F IG 矢量控制的系统框图如图4所示。
从图中可以看到,采用定子电压定向矢量控制,整个系统的结构比传统的矢量控制系统大大简化了。
该系统采用了功率外环,两个通道分别控制D F IG 的有功功率P 和无功功率Q 。
在功率闭环中,有功功率和无功功率给定值P 3和Q 3与实际值之差经功率调节器运算,送入公式编辑器输出,得到d c 2q c 坐标系下的转子电压给定值,再通过旋转到静止的坐标变换便可获得用于控制变频器输出的静止坐标系下的转子电压给定值。
图4 D F IG 矢量控制的系统框图5 结果分析及结论用1台额定功率为1.5MW ,额定转速为1800r m in 的双馈感应发电机组成风力发电系统,图5示出了该系统的实验结果。