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摘 要

当今天的化石燃料在一个将导致大规模耗尽和潜在重大环境污染的背景中耗尽时，可被化石燃料替代的清洁能源的充分开发和使用将日益成为解决能源问题和保护环境的主要举措。风能发电已经被认为是世界上发展最快的清洁可再生能源，近年来，我国的风能发电由于其环境友好、可靠、技术成熟、成本相对较低、效益大，越来越的受到众多地区和国家的重视。

由于自动变速运转、有功无功可以解耦和控制、转差功率小等特点，该双馈式风机已成为当前广泛使用的一种变速恒频式风力发电机。

本文基于双馈电机转子的数学模型、双馈风电机组的相应控制技术、用于控制双馈电机的附加频率控制部分，分析了双馈电机组如何参与电力系统的单个频率，并建立了利用风电进行频率控制的模型。

关键词：双馈式风机；频率控制；一次调频

Simulation Study On Primary Frequency Control Of DFIG

Abstract

Because fossil energy will eventually be exhausted and cause serious environmental pollution, the full development and use of alternative clean and renewable energy is an important way to solve energy and environmental problems. Wind energy is the fastest developing clean renewable energy in the world. In recent years, more and more countries pay attention to the characteristics of wind power generation, such as environment-friendly, high reliability, mature technology, low cost and significant scale efficiency.

At the same time, due to the advantages of variable speed operation, decoupled active and reactive power control, low slip power, DFIG has become the most widely used variable speed constant frequency wind turbine.

Based on the mathematical model of doubly fed wind turbine and the related control technology of doubly fed wind turbine, this paper adds a frequency control link in the control system of doubly fed wind turbine, analyzes the principle of doubly fed wind turbine participating in the primary frequency regulation of power system, and gives the frequency regulation model of power system including wind power.

Keywords: DFIG; frequency control; primary frequency control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外风力发电现状 1

1.2.1 国外风力发电 1

1.2.2 国内风力发电 1

1.3 双馈风力发电系统概述 2

1.3.1 风能转换基本原理 2

1.3.2 双馈式异步发电机概述 3

1.4 研究内容 3

第二章 双馈式感应风机数学模型 5

2.1 双馈感应电机工作原理及其等效电路 5

2.2 双馈风力发电机的数学模型 6

2.2.1 三相静止坐标系下的双馈电机数学模型 6

2.2.2 坐标变换及变换矩阵 8

2.2.3 两相同步旋转坐标系下的双馈电机数学模型 10

第三章 双馈风力发电系统的控制技术 12

3.1 网侧变换器控制方法 12

3.1.1 双PWM变换器原理 12

3.2 桨距角控制方法 13

第四章 双馈式风机参与系统调频 14

4.1 电力系统频率调整的必要性 14

4.2 频率的一次调整 14

4.3 双馈式异步发电机的工作原理 15

4.4 双馈风电机组参与一次调频原理 16

第五章 MATALB仿真分析 18

5.1 基本思路 18

5.2 工作原理 18

5.3 仿真的整体结构 21

第六章 总结 22

致 谢 23

参考文献 24

绪论

1.1 研究背景及意义

作为现代社会发展的基础，能源在经济和技术发展中发挥着至关重要的作用。目前，煤和石油等矿物资源是大多数国家的主要能源，清洁能源的份额仍然不足。随着全球经济的快速增长，我们的不可再生能源储备越来越少，根据第二轮太平洋煤炭会议，我们可以开采200年的煤炭， 60年的天然气使用期限，而石油只可维持34年。我们面临着严重的能源问题，需要及时调整能源结构。

过渡开采化石燃料导致能源短缺和环境恶劣，我们必须为可持续发展铺平道路，走向创新和开发新能源。

风能是清洁无污染的可再生能源，它在新能源创新方面一直具有很大的潜力，因此成为大多数国家新能源发展的首选。风能发电发展迅速，许多国家已经建立了运行良好的大型风力发电场，风能已经成为当今新能源发展的最重要趋势之一。

1.2 国内外风力发电现状

1.2.1 国外风力发电

风能产业一直在持续发展，现在与其他新能源相比，风能产业充满了乐观前景和竞争力。近年来，各国密切关注风能发展和风能产业，积极制定和实施促进风能发展的措施和政策，以推动全球风能产业的进一步发展。风力发电场每年增长20%以上。从充电能力来看，风力发电机在过去两年里一直比天然气和光伏能源更强大。

3月25日，全球风能管理局(GWEC)发布了《2021年全球风能报告》，创下了2020年风能行业的新纪录：全球新增风电装机93GW，同比增长53%。目前的市场预测表明，一个新增风电装机(469千兆瓦)将在未来五年内投入使用。据GWEC称，全球风力发电市场的规模在过去十年翻了一番，由于其规模经济和技术创新，使得风力发电成为最具成本效益和发展潜力的能源之一。目前，世界风力发电机已经上升到743千兆瓦，在全球范围内节省了11亿吨以上的二氧化碳排放。

1.2.2 国内风力发电

我国幅员辽阔，风能丰富，分布在20000多公里的陆地、海岸和5000多个地中海岛屿上。中国可供开发的风电场能源储量约为2530亿千瓦。目前，风电场的选择标准很明确，全国风电场的风力发电机组年平均风速在6 m/s以上。

根据GWEC报告，中国和美国是世界上最大的两个风力发电市场，2020年风力发电场创纪录增长，新增装机数量占全球增长率的75%，累计风力发电场总数超过全球总数的一半。中国在海上和陆上风力发电机的新产能方面处于世界领先地位，这已被证明是2020年的世界领导者。中国大陆的累计风力发电项目，与英国相比，总发电量为996兆瓦。如图1.1所示。

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