风力发电并网馈电系统设计---毕设答辩资料

2014届上海电力学院毕业生毕业设计答辩毕业设计课题：风力发电并网馈电系统设计设计人：自动化工程学院XX学号：2XX指导老师：XX2•课题的背景及意义•双馈异步风力发电机•SVPWM调制波形•网侧PWM变换器的设计•转子侧PWM变换器的设计（最大风能追踪控制的设计）•总结目录课题的背景及意义•随着矿物能源的日益枯竭和全球环境的日益恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。•风能被看作是最有代表性的新能源和可再生能源，作为这种能源的高效利用，风力发电发电技术受到世界各国的高度重视。•规模化开发条件和商业化发展前景的发在可再生能源中风力发电是技术最成熟、最具有电技术之一。•目前我国新增大型风电机组中，绝大部分仍为双馈异步发电机。•双馈异步发电机的主要特点：可在原动机变速运行条件下实现高效、优质发电；能参与电力系统的无功功率的调节，提高了电网系统的运行稳定性；可实现发电机安全、快捷的柔性并网。•本文基于此条件下，研究风力发电并网馈电系统的设计，实现双馈异步风力发电机最大风能的追踪。双馈异步风力发电机双馈异步风力发电机的原理如右图所示：异步发电机：异步发电机和异步电动机没有本质上的区别，当转子速度小于磁场同步速时为电动机，消耗有功电能；转子速度等于磁场同步速时，作为电动机，但不消耗有功电能，只消耗大量无功，并且不发出有功电能；当转子受到外力牵引转速大于它的磁场同步速时，它就转子定子双馈异步发电机传动链风能风力机转子侧PWM变换器网侧PWM变换器ACDCAC电压型双PWM变换器L三相电网可以发电了，而且电压、频率都会自动和电网同步，这是它的优点。双馈异步风力发电机原理图同步发电机：转子旋转的速度和发电频率绝对的正比关系，即他们有一个磁场同步速和转速相等的关系。结构上主要是转子的区别：异步电机转子绕组为鼠笼绕组和绕线式，定子绕组接通电源产生旋转磁场被静止的转子绕组切割并在转子绕组中产生感应电流，在此电流的作用下转子铁芯被磁化。从原理上我们可以得出相较于同步发电机，双馈异步风力发电机的优势在于：交流励磁的频率是可调的，这就是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时，适当调节励磁电流的频率，就可以满足输出恒频电能的目的。。空间矢量SVPWM调制技术Vcefrr11V6(110)bV2(010)V5(011)23V0(000)4V7(111)r265V1(001)V5(101)V4(100)最大参考电压图16拍逆变器图2电压空间矢量六边形图1为六拍逆变器，六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态.其中000、111（零矢量在坐标中心）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。SVPWM的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM波形。网侧PWM变换器的设计网侧变换器的主要功能保持直流母线电压的稳定、输入电流正弦和控制输入功率因素。直流母线电压的稳定与否取决于交流侧与直流侧有功功率的平衡，如果能有效地控制交流侧输入有功功率，则可保持直流母线电压的稳定。在电网电压恒定条件下，对交流侧有功功率的控制实际上就是对输入电流无功分量的控制；而输入电流波形正弦与否主要与电流控制的有效性和调制方式有关。网侧PWM控制策略框图电压外环控制器U*dc电流内环控制器无功电流参考值有功电流参考值调制器电压参考值脉冲信号网侧PWM变换器Udc电流反馈网侧PWM变换器运行控制基于电网电压定向的网侧变换器电压、电流双闭环控制：网侧变换器交流侧电压表达式：i*gqi*gdPI-UdcU*dc直流电压控制器igqigdPIPIUgdw1Lgigqw1Lgigd电流控制器park变换dq/abV*gqV*gdsvpwm调制器Vgab网侧PWM变换器SgabcUdcIgabc3s/2s3s/2sUgabcPLL电能矢量角ab/dqIgabUgabab/dqigdUgdUgqigq基于d轴电网电压定向的网侧变换器直流电压、电流双闭环控制框图控制器算法公式：PLl:锁相回路（锁相环），可以得到。11、Continuouspowerguii+-i+-i+-e_iv+-v+-eAeBeCABCSourceDC1DCgABC+-ConverterCUdciAiBiCeCeBeApulsesConverterControlleria网侧PWM变换器控制simulink框图1pulsesudcualfaubetapulsespulsesgeneratorUds*Uqs*sin(wt)cos(wt)Us_alfaUs_betaUs_alfa_betai_di_qe_dUdcUds*Uqs*PI_regulationiAiBiCsin(wt)cos(wt)i_di_q(i)A_B_C/d_qeAeBeCsin(wt)cos(wt)ed(e)A_B_C/alfa_beta7eA6eB5eC4iC3iB2iA1UdcSimulink仿真中控制器内部各部件i_d_PI2Uqs*1Uds*wL*i_qwL*i_dPIu_PI(2*pi*50)*0.002q_WLPIi_q_PI0i_q*0e_q(2*pi*50)*0.002d_WL560Udc*Scope4Scope3Scope2ScopePI4Udc3e_d2i_q1i_dPI控制器内部simulink仿真图控制算法公式：00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20100200300400500600700800900时间t/s电压U/v输出电压波形网侧PWM变换器输出电压波形0.10.1020.1040.1060.1080.110.1120.1140.1160.1180.12-800-600-400-20002004006008001000时间t/s电压U/Vsvpwm波形0.10.1020.1040.1060.1080.110.1120.1140.1160.1180.12-600-400-2000200400600时间t/s电压U/vspwm波形网侧SVPWM波输出波形网侧SPWM波输出波形转子侧PWM变换器采用定子电压电压矢量控制，这是实现最大风能追踪控制的基础，其控制框图如右图所示，算法公式如下：rqismLL、为模型的电感常数，为发电机漏磁系数。i*rqi*rd+PIPI++U*rddq/abU*rqSVPWMU*raU*rb转子侧PWM变换器SardrslipiL)(1rqrssmiLULLslip3s/2sab/dqSbScrirdirqi+--DFIGrabciPLLrdt-+11r+三相电网3s/2ssabcUsabcIab/dqsUsIsUsdqI光码盘sliprdrsliprqrrqrrqrqrssmrdrrdrrdiLdtdiLiRuiLULLslipdtdiLiR)(u1基于定子电压定向矢量控制的转子电流闭环控制框图+P*s有功功率无功功率Q*sPIPIi*rqi*rd+PIPI++U*rddq/abU*rqSVPWMU*raU*rb转子侧PWM变换器SardrslipiL)(1rqrssmiLULLslip3s/2sab/dqSbScrirdirqi+--DFIGrabciPLLrdt-+11r+三相电网3s/2ssabcUsabcIab/dqsUsI有功功率Ps、无功功率Qs计算sUsdqIPsQs--cusePsP1P**s光码盘slip实现最大风能追踪的DFIG定子电压矢量控制图ContinuouspowerguicontrolgABC+-UniversalBridgeABCabcStatorABCabcRotater[wr]Goto[pulse]FrommABCabcTmDFIGABCabcB_GridABCabcABCABCNABCRotorspeed(wm)转子侧PWM变换器仿真图wslipstaslipw-sta-slip1udc21udc11udcualfaubetaudcpulsespulsesgeneratorContinuouspowerguiIn1In2In3Out1Out2gongljisuanIn1Out1Out2dq/alfa-betaIn1Out1Out2alfa-beta/dqsincosusSubsystem1PIPIPIPIOut1Out2I-abc/alfa-beta[pulse]Gotof(u)f(u)f(u)转子侧PWM控制器内部结构05101520253035404550300320340360380400420440460480时间t/s转速r/min转子的转速风速与转子转速波形05101520253035404550789101112131415时间t/s风速风速的变化波形051015202530354045500100200300400500600700800时间t/s电压U/v转子侧PWM变换器电压输出波形输出电压波形在y轴范围变化时不同的波形图05101520253035404550380380.1380.2380.3380.4380.5380.6时间t/s电压U/v转子侧PWM变换器输出电压波形（380-380.6v）0510152025303540455050100150200250300350时间t/s电流I/A电流输出波形05101520253035404550789101112131415时间t/s风速风速的变化波形风速变化与电流输出波形051015202530354045505001000150020002500300035004000时间t/s功率P/w有功功率输出波形05101520253035404550-350-300-250-200-150-100-500时间t/s功率Q/s无功功率输出波形有功功率输出与无功功率输出波形设计总结在这次设计中虽然达到了实现最大风能追踪的目标，各项输出指标也基本上可以快速稳定，但是因为风速的频繁变化性使得输出的有功、无功功率频繁变化，所以这样的快速稳定还是显得有点慢，在控制方式上还有待更加的完善。致谢在设计的最后，感谢在这次设计中给予帮助的XX和XX，谢谢您们，也感谢今天的答辩老师能听完我的讲解，谢谢您们。