风力发电电能变换装置的研究与设计毕业论文.docx

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1、风力发电电能变换装置的研究与设计毕业论文目录摘要IAbstract I第1章 绪论11.1 引言11.2 研发背景及意义11.2.1 国际风力发电及风力发电能能变换转置研究现状11.2.2 中国风电的研究现状及发展趋势21.2.3 风力发电机组类型简介31.3 本文主要内容及其设计思路6第2章 永磁同步电机风力发电系统总体方案72. 1引言72.1 直驱式永磁同步风力发电系统总体结构72.2 直驱式永磁同步发电机模型82.2.1 永磁同步电机概述82.2.2 永磁同步电机原理82.2.3 永磁同步电机数学模型92.2.4 升压式 (Boost) 变换名号12第3章 直驱式风力发电系统的电路分析

2、143. 1概述143.1 三相二极管整流电路143.2 (BOOST)升压电路163. 3. 1 Boost控制结构图16第4章 直驱式风力发电系统控制策略183.1 最大功率追踪法控制方案183.1.1 控制方案概述183.2 并网运行控制策略203.3 双环控制223.4 DSP简述与选型22第5章系统软件设计255. 1基于MATLAB/Simulink环境下的仿真研究255. 1. 1 MATLAB/Simulink 概述255.2 系统总体结构图265.3 系统软件框图27第6章仿真验证296.1 仿真总体模型296.1.1 仿真分析30结束语33参考文献34致谢36附录37风力发

3、电电能变换装置的研究与设计摘要：风能作为一种可再生能源越来越受到人们广泛的重视，其中变速恒频风力发电是现代风力发电中的一个发展趋势。而在变速恒频风力发电中，又向着直驱化方向发展，但直驱风力发电机产生的电能存在着电压幅值和频率随风速变化、功率不稳定等诸多问题。为解决上述问题，本文对直驱式变速恒频风力发电领域的关键技术从理论到仿真进行了较为全面的学习与分析，在详细分析直驱式风力发电系统的特点和已有风力发电系统控制的基础上，确立波永磁同步发电机、AC-DC-AC的主电路拓扑结构，提出了系统总体控制策略，该策略能够很好的实现电压幅值功率因数调节，系统主电路主要是双闭环（电压外环、电流内环）实现电能功率

4、调节，为了提高系统控制性能，设计了系统过流过压保护电路，经仿真验证，该系统能够良好的运行，基本上实现可靠性高，电压调节范围大，效率等目标。关键词：风力发电系统；AC-DC-AC变换器；控制策略；双闭环调节；仿真The research and design of the wind power electricitytransformation mechanismAbstract： Wind energy is renewable energy widely used by more and more people5attention, the variable speed constant f

5、requency wind power generation is the trend ofmodern wind power development. In variable speed constant frequency wind powergeneration, the direct driving direction system, which is a direct-drive wind turbinesgenerate electricity voltage amplitude and frequency change with wind speed.Obviously powe

6、r is unstable, and many other problems. To solve the above problems,this paper proposed the direct drive that the key technology in the field of variablespeed constant frequency wind power generation has carried on the comprehensivestudy from theory to simulation and analysis, the detailed analysis

7、of thecharacteristics of the direct drive wind power system and wind power system control.on the basis of the establishment of permanent magnet synchronous generators, matrixconverter main circuit topology, based on space vector modulation of matrix converteris proposed algorithm, the algorithm can

8、achieve good voltage amplitude power factoradjustment, the system main circuit is mainly the double closed loop outer ring,internal ring current (voltage) to realize electricity power regulation, in order toimprove the system control performance, the design of the system through the voltageprotectio

9、n circuit, verified by the simulation, the system can well run, basically toachieve high reliability, large range of voltage regulation and efficiency goals.Keywords: Wind power generation system; AC-DC-AC converter; Systemmodulation; Double closed loop regulation; The simulation第1章 绪论1.1 引言稳定、可靠和洁净

10、能源供应是人类文明、经济发展和社会进步的重要保障，煤炭、石油、天然气等化石能源支持了 19世纪和20世纪两百年人类文明的进步和发展。然而,化石能源大量消耗，不仅让人类面临资源枯竭的压力，同时也感觉环境恶化的威胁。21世纪是科技、经济和社会快速发展世纪，也将是从化石燃料时代向具有持续利用能力可再生能源时代过渡，如何实现能源可持续发展，从而保持经济和社会的可持续发展，已经成为世界各国必须解决问题。风能作为一种取之不尽、用之不竭可再生能源，在地球上蕴藏量十分丰富，具有广阔应用前景。风力发电是近期内技术成熟、具有大规模发展潜力可再生能源技术，在远期有可能成为世界重要替代能源。发展可再生能源是当今世界一

11、个共同趋势，欧盟各国开始立法提出了 2020年和2050年不同阶段可再生能源发展目标，同时跟进有澳大利亚、日本、加拿大等发达国家，甚至还有印度、巴西、泰国等发展中国家。风电是可再生能源技术中最成熟的一种，对于应对那些传统能源有关迫在眉睫环境和社会影响，风力发电是个切实可行、立竿见影解决方案1。1.2 研发背景及意义1.2.1 国际风力发电及风力发电能能变换转置研究现状能源困局不是中国独特的问题，美国、日本、欧洲和印度都是如此。面对化石燃料日益枯竭的威胁，人们都在讨论后续能源的续接问题。美国的氢技术、日本的阳光计划、欧盟2050年，可再生能源50%战略目标，都是破解能源困局思路。在各种各样的选择

12、中，风电也许是最值得考虑的选择。欧盟风能协会和绿色和平组织风力12：关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图中的观点，也许过于乐观，但是它毕竟给人们提出了一种可能。也许仅仅依靠风电，不能完全解决这些问题，但是它可能是解决问题,主要技术选择之一。19世纪末，丹麦首先开始，探索的风力发电，研制出风力发电机组，直到20世纪7()年代的以前，只有的小型充电用风力机，达到的实用阶段。美国2()世纪3()年代还有许多电网未通达地方，独立运行小型风力发电机组，在实现农村电气化方面起了很大作用。2()世纪7()年代，到80年代中期，美国、英国和德国等国政府投入巨资开发单机容量lOOOkW以上的风力机组，

13、承担课题都是著名大企业，如美国波音公司研制了 2500kW和3200kW机组，风轮直径约为l()0m,塔高为80m,安装在夏威夷的瓦胡岛；英国宇航公司和德国MAN公司分别研制3000kW机组，所有这些巨型机组都未能正常运行，因其发生故障之后维修非常困难，经费也难以维持，没有能够发展为商业机组，未能形成一个适应市场需求风电机组制造产业3。风电继续呈现地区发展多样化特点。到2006年底，风电发展已涵盖世界各大洲，并呈快速增长态势。风电装机超过100万千瓦的国家已由2005年11个增加到13个，其中8个欧洲国家（德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、葡萄牙、法国）、3个亚洲国家（印度、中国、日本）

14、和2个美洲国家（美国、加拿大）。欧洲继续保持其领先地位，亚洲正成为全球风电产业发展新生力量，预计在不远将来还有更大增长。与此同时，世界前五位风电市场的德国、西班牙、美国、印度以及丹麦风电装机占世界份额呈下滑趋势，由2003年的82%降至2006年的71%,新增份额由79%降至53%。1.2.2 中国风电的研究现状及发展趋势我国在20世纪50年代，就有过研制风力发电机组活动。但有实用价值新型风力机研制到6070年代，才开始起步。70年代以后发展较快，在装机容量、制造水平及发展规模上，都居于世界前列。近年来，和光伏电池配合的，风一光互补系统，容量可达数百瓦到数十千瓦，能完成给，农牧民家庭，以及海岛

15、、边防站、通讯台站、输油管道站点等重要设施，独立供电任务，已逐步得到越来越广泛的重视和应用3。为了扶持风电技术和产业发展，中国政府采取了一系列，国家行动，并制定出台了一系列，经济鼓励政策。这些行动主要有:承风计划、双加工程、国债风电项目、风电特许权项目4等。风力发电技术，发展趋势是：（1）单机容量不断增大，利用效率提高，世界上主流机型。已经从2000年的5001000kW增加到。2004年的23MW, 2004年底5MW的风机。进入试运行阶段,并已经开始10MW风机的设计和研制。（2）机组桨叶的增大，具有更好地捕捉，风能能力，在风力机的尤其，是叶片设计和制造过程中，广泛采用了，新技术和新材料。既减轻重量、降低费用，又提高效率；塔架高度上升，在50m高度捕捉风能要比30m高处多20%；（3）变桨距调节方式迅速，取代失速功率，调节方式，变速恒频并网机组，能随风速大小随意旋转，已经发展成为当今主流产品，无齿轮箱系统，市场份额也在迅速扩大；（4）海上风力发电技术取得进展。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国都在，建设大规模的海上风电场项目。同等容量