摘 要

人类社会的生存、发展等一切社会活动都离不开能源，没有能源的世界是没有动力，没有生机的。而传统的一次能源由于存在短缺问题和环境污染问题，不能够过度使用，否则会带来巨大的环境污染的代价。因此迫切需要绿色的清洁能源来解决当今的能源问题。而今清洁能源技术也确实得到了一定的发展，在清洁能源中，风能资源是重要的一环。因为风能资源丰富，无污染，而且当今利用率不高而受到了国内外广大学者的关注，并参与研究。在双馈风力发电过程中，直流母线的稳定运行至关重要，为了使其保持稳定，减小母线电压波动，可以使用大的直流母线滤波电容，但是会降低整个系统的安全性与稳定性，为了解决这一问题，本文提出了双PWM变换器协调控制策略。在Matlab/Simulink里建立了协调控制策略的仿真模型，验证了协调控制策略的有效性。

关键词：双PWM变换器；双馈风力发电机；直流母线电压；协调控制

Abstract

All social activities, such as the survival and development of human society, are inseparable from energy. A world without energy has no power and no vitality. The traditional primary energy cannot be overused due to shortages and environmental pollution, otherwise it will bring huge environmental pollution costs. Therefore, green clean energy is urgently needed to solve today's energy problems. Today, clean energy technology has indeed developed to a certain extent. Among clean energy, wind energy resources are an important part. Because of its rich wind energy resources, no pollution, and the low utilization rate today, it has attracted the attention of scholars at home and abroad and participated in research. In the process of doubly-fed wind power generation, the stable operation of the DC bus is crucial. In order to maintain stability and reduce bus voltage fluctuations, a large DC bus filter capacitor can be used, but it will reduce the safety and stability of the entire system. In order to solve this problem, this paper proposes a dual PWM converter coordinated control strategy.

This article first briefly introduces two power generation technologies, with emphasis on variable-speed constant-frequency power generation technology. a simulation model of the coordinated control strategy is established in Matlab/Simulink, which verifies the effectiveness of the coordinated control strategy.

Key Words：Dual PWM converter; doubly-fed Wind Generator; DC bus voltage; coordinated control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.2.1风力发电控制技术的发展 1

1.2.2研究现状 2

1.3本文主要研究内容 4

第2章 变速恒频双馈风力发电基本理论 5

2.1双馈风力发电系统的原理结构 5

2.2风力机的工作特性 5

2.3最大风能的吸收原理 6

2.4双馈发电机控制原理 9

2.5双馈异步发电机的数学模型 10

2.5.1双馈异步发电机三相静止坐标系下的数学模型 10

2.5.2双馈异步发电机两相旋转坐标系下的数学模型 11

第3章 双PWM变换器独立控制研究 13

3.1转子侧PWM变换器控制策略研究 13

3.1.1最大风能捕捉控制策略 13

3.1.2 转子侧PWM变换器控制模型 15

3.2网侧的PWM变换器控制策略研究 15

3.2.1网侧 PWM变换器的数学模型 15

3.2.2基于电网电压定向的矢量控制策略 16

3.3 本章小结 18

第4章 双PWM变换器协调控制研究 19

4.1双PWM变换器协调控制的必要性 19

4.2双PWM变换器协调控制基本原理 19

4.2.1直流母线电压的数学模型 20

4.2.2负载电流前馈的协调控制策略 21

4.3变速恒频风力发电协调控制仿真 22

第5章 结论与展望 26

参考文献 27

致谢 30

第1章 绪论

1.1研究背景

一次能源是不可再生能源，能源的数量有限，这将带来能源危机。同时社会的发展，经济规模的扩大也使得化石能源消耗带来的环境污染问题日趋严重。这成为了制约人类进步发展的重要因素。为了解决这个问题，有两种途径。一种是减少化石能源等不可再生能源的使用，另一种途径是寻找可代替的化石能源的新的可再生能源。

在这种趋势下，可再生能源技术在近年来发展迅速。而风能是太阳辐射热引起的一种二次能源，是完全的绿色能源，对环境无污染，分布广而且可再生，能量转换过程中不会带来废气和污染物，是完全意义上的绿色电力。尤其是目前人们对于环境问题越来越重视，而风能资源对于生态环境的改善，对于减少污染排放都具有重要作用。近年来，风力发电行业发展迅速，装机容量不断增大，发展前景广阔^[1]。

由于有着辽阔的地域，我国风力资源丰富，风能的储量巨大，能够利用的风能大约为10×10W，在这当中陆地上可以利用的风能大约为2.5×10W，海上可以利用的风能大约为7×10W，有2/3的地区是多风区域，在这些地区全年风速在/s以上的时间大约在3000至5000小时。但是这些风能资源却没有被很好地利用起来，我国的电力供应仍然主要依靠火力发电，所以提高对风能资源的利用对解决电力供应问题，改善生态环境，调整改革能源结构有重要意义^[2]。