双馈电机最大风能捕捉发电系统仿真研究论文.doc

双馈电机最大风能捕捉发电系统仿真研究毕业论文 目 录 1 绪论 1 1.1 风力发电的意义 1 1.2 国外风力发电发展现状 2 1.3 中国风力发电发展现状 2 1.4 变速恒频风力发电 3 1.5 几种发电系统的比较 4 1.6 双馈异步发电机 5 1.7 交流励磁变速恒频双馈异步风力发电系统 6 1.8 双馈异步发电机变换器控制策略 9 2 风力机 10 2.1 风力机的运行特性 11 2.2 叶尖速比 11 2.3 风力机的几个特性曲线 12 3 矢量控制（VC） 15 4 最大功率跟踪 17 5 双馈异步发电机（DFIG） 18 5.1 双馈风力发电机的特点 18 5.2 双馈风力发电机工作原理 19 5.3 双馈电机等效电路图 21 5.4 有功功率的关系 22 5.5 双馈电机数学模型 22 5.5.1 电压方程 22 5.5.2 磁链方程 23 5.5.3 运动方程 26 5.5.4 坐标变换 27 5.5.5 双馈发电机d-q坐标系下的的数学模型。 30 5.5.6 定子电压定向 31 6 双PWM变换器 35 6.1 主电路拓扑结构 35 6.2 整流逆变器的工作原理 36 6.3 网侧变换器（高功率因数整流器） 37 6.3.1 网侧变换器（高功率因数整流器）数学模型 37 6.4 转子侧变换器 38 6.4.1 转子侧变换器数学模型 39 7 Matlab/Simulink仿真模型搭建 41 7.1 系统运行所在电网环境 41 7.2 风力机模型 41 7.3 三相静止和两相静止坐标系之间的变换 42 7.4 IGBT组 43 7.5 PWM脉波的产生 43 7.6 PLL锁相环 50 7.7 网侧变换器（整流器）控制 52 7.8 转子侧变换器控制 54 8 仿真结果分析 59 总结 66 参考文献 68 附录 71 英文原文 72 中文译文 78 致 谢 86 绪论 风力发电的意义 能量是构成客观世界的三大要素(物质、能量和信息)之一1。风的能量是由太阳辐射能转换来的，太阳以每小时4,423,000,000 MW的能量辐射地球。太阳的辐射会引发地球表面受热不均匀，从而引起大气层中的压力分布不均匀，空气自然沿压力差的方向运动形成风。风中所含能量大约占太阳能够提供总能量的1%到2%，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的50~100倍。全球的风能约为2.74×109 MW，其中可利用的风能为2.0×107 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍2。 伴随着人类社会的高速发展，对能源的需求日益增加，一些传统能源也渐渐枯竭，比如煤炭、石油，并且这些资源在地球上的储量是一定的，总有一天会被开采殆尽（加入数据局说明，煤炭和石油的储量和还能用多少年年）。另一方面，随着这些传统能源的消耗，环境污染问题也愈加严重并且受到全世界的关注，面对如此紧迫的能源和环境危机，新能源的开发和新技术的研究成了人类努力的方向，对此，风力发电也越来越得到重视和应用，也成为了世界上电量增长的重要来源。因为比起石油、天然气、煤炭等需要相当长历史时间才能形成的不可再生资源，风能可谓是取之无穷用之不竭的能源，对于污染问题，风能的利用几乎是零污染的，因其可再生和清洁的特性，风力发电渐渐地走入了人类世界。 风能是一种非常具有开发潜力的可再生能源，近年来风力发电技术已经得到了各国学者的广泛关注和重视3。风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1 MW的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。 风电产业是一种发展迅速的新兴产业，是一种促进经济发展与人口资源、环境相协调，建设资源节约型、环境友好型社会的产业，另外风电产业也是一种跨行业的、综合集成的高新技术产业，它涉及重型装备制造业，电子信息产业等等。 国外风力发电发展现状 欧洲风电发展迅猛。20世纪90年代起，欧洲制定了《风电发展计划》，确立了风电发展目标：2010年风电装机容量达到40GW，并要求其成员国基于此发展目标制定本国的发展目标与计划。在2007年年底由于风力发电事业势头迅猛，原来制定的计划已经赶不上风电发展的步伐，所以欧洲又进一步修订了风电发展计划和目标：2010年风电装机容量达到80GW，到2020年欧洲风电装机达到180GW，2030年风电装机容量要达到300GW。加快实现欧盟绿色能源的目标。根据世界两大风能专业机构“欧洲风能协会(EWEA)”和“全球风能委员会(GWEC)”最新发布的数据，2009年全球风电市场发展迅速，风力发电机总装机容量达到37500MW，相当于23台第三代核反应堆核电机组(EPR)发电量，风电增长率高达3