风能转换系统的建模与控制

风力发电是涉及电机、电力电子、电力系统、电化学、材料、机械、空气动力学、计算机、自动控制、气象等多种学科的综合课题。随着电力需求的进一步增长，以及世界范围内对环境保护、能源再生等问题的日益重视，二十一世纪将更加重视清洁能源和可再生能源的开发利用，我国现有的以煤电为主的电力结构也必将向发电类型多元化、能源再生化、能源“绿色”化转变，因此，风力发电这种很有发展潜力的发电技术成为一个具有重大实际意义的课题。本文主要探讨如何建立风能转换系统各部分数学模型，并在此基础上研究在系统受到扰动情况下的暂态响应及其控制。 高效而准确的研究工具是后继控制策略研究的基础，因而也是第一步必须完成的工作，本文选用Mathworks公司的数字仿真工具MATLAB建立了包括控制器在内的风能转换仿真模型。在不同环境条件下，仿真结果证明控制模型都能很好的反映真实系统的暂态特性。 本文首先概述了风力发电技术的研究现状及存在问题，介绍了论文的总体思路及所做的工作。 第二章概述了中国风力资源及其利用情况，风能转换系统的组成原理及控制方式。最后对比分析了变速恒频技术。 第三章在d-q坐标轴中，建立独立风能转换系统中各组成部分：包括风力机、发电机、整流器、蓄电池和逆变器的数学模型。根据能量守衡原理，采用统一的标么量基准值，建立系统等效电路，对整流器导通角以及PWM逆变器调制系数进行控制。并结合风力机动力学特性，给出系统在不同风速扰动情况下的状态方程，以及MATLAB实现方法。最后对仿真结果的规律性进行分析研究。 第四章首先介绍直接并网风能转换系统的结构与特点。由于风能具有随机 性和间歇性的特点，随着风电规模的不断扩大，电网将持续受到风电场波动功 率源的干扰。本文结合配电网潮流程序，利用MATLAB作为仿真工具，模拟包 含直接并网风能转换系统的配电网络在受到扰动情况下的暂态响应，对含有风 电场的电力系统稳定性研究及风电场极限穿透功率的研究，提供了可靠的理论 根据，有重要的现实意义。 第五章从蓄电池快速充电理论出发，根据马斯定律，以电压和温升作为控 制变量，运用反向脉冲模糊控制算法对蓄电池快速充电进行模拟，用以提高电 能转换效率，缩短充电时间。 最后对论文进行了总结和引申讨论。