本文是一篇电力论文，电力的产生方式主要有：火力发电（煤等可燃烧物）、太阳能发电、大容量风力发电技术、核能发电、氢能发电、水利发电等。（以上内容来自百度百科）今天上海论文网为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
第 1 章 绪 论
1.1 课题背景和意义
充足的能源是人类生存和发展的必要条件，几个世纪以来，世界上普遍使用无法再生的化石能源，随着社会经济的快速发展，能源消费量持续增长，能源危机和环境污染已经逐渐成为制约世界各国经济增长的重要因素，而近年来我国大部分地区出现的雾霾问题，更是将环境问题推上了风口浪尖，人类迫切需要寻求可再生的清洁能源代替化石能源，而以风能、太阳能为代表的新能源具有储量大、污染少、可循环利用的优势，成为解决能源、环境问题的重要途径，大力发展新能源，已经是全球能源发展的必然趋势[1-2]。在清洁能源中风能是最具有发展潜力的可再生能源，它具有丰富的自然储量和成熟的应用技术，2017 年 2 月 10 日，全球风能理事会发布 2016 年全球风电发展统计数据:2016 年全球市场新增容量超过 54.6GW，全球累计容量达到 486.7GW。 2016年的风电市场由中国、美国、德国和印度引领，法国、土耳其和荷兰等国的表现超过预期，尽管在年新增装机上，2016 年未能超过创纪录的 2015 年，但仍然达到了一个相当令人满意的水平[3]。“风电继续以两位数的速度增长，我不能期待一个产业的增长每年都创新纪录”，全球风能理事会秘书长 Steve Sawye 表示，2016 年在中国地区，风电总装机容量相较 2015 年有所下降，主要原因是由于 15 年风电抢装导致的风电容量增幅过快导致的回调。值得一提的是中国海上风电装机容量在 2016 年大幅增加，目前已经超过海上风电大国丹麦排在全球海上风电装机榜单第三位，紧随英德两国之后。
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1.2 国内外研究现状
通常风力发电系统由叶片、风力机、齿轮变速箱、发电机以及各种变流器构成。其工作原理是风能带动风力机的旋转，风力机将风能转化为机械能，并通过轴传递给发电机，再通过发电机利用电磁感应原理将风力机传递的机械能转换为电能[8]。风力发电系统按照不同的标准可以进行多种分类，如按照风机旋转速度不同可分为恒定转速风力发电机系统、有限变转速风力发电系统；根据发电机类型可以分为笼型感应电机风力发电系统电励磁同步电机风力发电系统和永磁直驱电机风力发电系统；根据风机控制方式的不同，风力发电系统可分为恒速恒频和变速恒频两大类。恒速恒频风电系统的发电机工作在恒转速状态，一般采用定桨距的控制方式，使电机输出恒频恒幅值的交流电压。但是虽然这种工作状态工作简单，但是从发电效率的角度看，恒速恒频的特点限制了转速运行范围，这就造成了最大风能的捕获能力和发电效率的下降。相反变速恒频发电系统则风速的变化及工作状态的要求调节风机转速使风机获得最大的能量利用率，提高了系统的运行效率，实现了最大风力跟踪是目前风力发电领域最主要的发展趋势[9]。而在变速恒频系统中，根据所使用发电机类型的不同又可以分为直驱型风力发电系统与双馈型风力发电系统，两种是目前风力发电领域的主要机型，下图分别给出了两种主流发电系统的工作原理示意图，如图 1-1 是双馈感应电机的示意图，该系统的发电机采用异步电机，系统包含了网侧变流器和机侧变流器，由于其既能通过定子向外馈送能量，同时又能从转子侧向电网馈送能量，因此被叫做双馈型感应电机[10]。
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第 2 章 新型双馈电机模型的建立与稳态分析
2.1 引言
双馈风力发电系统接入直流微网的传统拓扑结构如图 2-1 所示，传统拓扑至少需要三个变流器[22]，虽然不需要改变交流并网时的控制策略，实现简单，但是由于电力电子器件的增多，不但造成了其控制非常复杂，而且成本也大大增加。与此同时能量的多级传递造成了不必要的功率损耗，降低了系统的传输效率。针对传统双馈电机直流并网的诸多问题，本文采用了新型的直流并网拓扑，该拓扑不仅大幅度降低了成本，提高了能量传递效率和系统的稳定性，而且也使得系统的控制得到了优化。本章主要介绍了新拓扑的结构特点，详细分析了新拓扑下的双馈发电系统的数学模型，以及稳态特性，为第三章的控制策略研究奠定了理论基础。
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2.2 新型双馈发电系统拓扑简介
本文采用的新型双馈风力发电系统并网拓扑如图 2-2 所示。与前一拓扑不同的是，双馈感应发电机定子侧通过不控整流桥与直流微网相连，转子侧仍然通过转子侧变流器与不控整流桥公用一条直流母线。该新型拓扑结构，相对于传统拓扑中定子侧通过变流器直接与直流母线相连而言，省去了需要全功率的定子侧变流器，大大简化了系统的结构，减少了总的变流器容量需求，在大功率应用场合，将极大的节约成本，提高系统的稳定性。与传统的的双馈风力发电系统相比，新型拓扑虽然极大的节约了成本，但是发电系统的数学模型、运行特性、控制方法也随之发生了较大的改变[23]。与传统双馈风力发电系统不同，由于定子侧的不控整流桥的影响，定子电压不再是由大电网所提供的理想三相交流电，在不控整流桥工作在电流连续的状态时，同步频率不再根据电网的影响固定在 50Hz，而是由转速和转差频率决定。这样，定子侧电压将不再是理想的三相电压，而是除了基波以外，还含有 5 次，7 次谐波的畸变电压。其中，定子电压的基波分量幅值固定，相位滞后于转子在定子侧的感应电动势。对于定子侧输出功率，从不控整流桥的角度来看，可以看作由定子侧感应电动势的幅值决定的。当感应电动势的幅值高于某一临界值时，才会有功率输出，当感应电动势继续升高，使其工作状态进入电流连续状态，感应电动势幅值将近似保持不变。详细的稳态分析将在本文的 2.4 节介绍。
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第 3 章 新型系统控制策略研究及优化方案.... 36
3.1 引言............ 36
3.2 针对直流微网的双馈风力发电系统功率控制....... 37
3.3 转子侧 PWM 变换器的设计......... 42
3.4 系统仿真分析..... 46
3.5 本章小结.... 53
第 4 章 新型双馈系统实验与分析......... 54
4.1 新型双馈系统的硬件构成 .......... 54
4.2 速度测量系统 ............ 55
4.3 数字信号处理器及外围电路........ 57
4.4 双馈发电系统软件编程设计........ 59
4.5 系统实验研究 ............ 59
4.6 本章小结 ........... 64
第 4 章 新型双馈系统实验与分析
4.1 新型双馈系统的硬件构成
如图 4-1 所示为新型双馈系统的硬件结构图，与传统的双馈风力发电平台基本一致，整个系统主要包括：交流励磁双馈风力发电机、使用通用变频器拖动的鼠笼型异步电机作为风力模拟机、以及双馈电机转子侧三相桥式变换器、测转速以及转子位置的光电编码器，与传统的双馈平台不同的是定子侧的不控整流桥，同时省去了网侧变换器；系统控制电路主要包括：DSP2812 控制板、用于驱动IGBT 开关管通断的驱动电路和由霍尔传感器组成的电流电压检测电路。实验通过使用通用变频器控制拖动的鼠笼异步电机模拟风力机，并且与双馈发电机同轴相连，带动双馈发电机转动来模拟实际中的风力机。转子侧变流器通过 DSP控制板来控制，DSP 控制板是以 2812 为核心的，所用到的主要功能是：系统控制算法实现、数据采样处理、PWM 调制波的产生、系统保护等[50]。图 4-2 是三相逆变器的结构，三相半桥双向可逆变换电路由六个带反并联二极管的功率开关器件 IGBT 构成，由于使用直流源来模拟直流微网，直流侧的电压是恒定的，图中直流母线处的滤波电容并没有用到。
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结 论
本文主要研究了针对直流微网的新型双馈风力发电系统，与传统双馈风电系统不一样的地方是该系统定子侧通过不可控的整流桥与直流母线相连，这种新型的拓扑省去了定子侧变换器，使的整个系统更加简单，大大降低了制造成本，但是虽然该种拓扑有上述诸多优点，但是其系统控制特性相比传统的双馈风电系统有较大的区别，关于新拓扑的控制方案也并不成熟。本文首先详细分析了拓扑下的相关特性，因为与传统双馈电机的区别主要集中在定子侧，所以对定子侧系统进行了详细的建模分析，详细讨论了定子侧的导通状态，电压幅值，相位，输出功率的影响因素，谐波含量的变化情况等相关特性。并使用 MATLAB 仿真验证了理论计算结果的正确性。其次本文在详细的模型分析基础上，提出了一种基于气隙磁链定向的矢量控制方法，并根据定子侧不再受制于大电网的作用这一特点提出了两种定向的方法，一种通过转子电流的控制实现气隙磁链定向，另一种根据磁链观测器实现定向，与传统的磁链定向目的不同，在本系统中气隙磁链定向的目的是保证，转子侧励磁产生均匀的气隙磁场。针对气隙磁链定向下的系统，本文研究了，转子电流控制环的调节器设计，并计算了其特殊的解耦项，通过引入该解耦项，不仅能够实现转子电流 dq 两轴的解耦，又可以优化当定子侧短路时刻的系统性能。针对系统中由于不控整流引入的 5 次 7次谐波分量，由于它们在同步坐标系内表现为 6 倍频的交流量，因此本文提出使用PIR 调节器，使转子电流能够更好的跟随 6 倍频分量，从而降低了系统输出功率波动，提高了输出电能质量。为了提高新系统的能量传递效率，降低能量损耗，本文详细研究了系统的损耗模型，通过对系统的损耗求导，描绘出了最优的转子电流 dq 分量的最佳比例，这也是气隙磁链幅值与有功功率的最佳比例，同时也可以是气隙磁链幅值与同步角频率之间的最佳比例。#p#分页标题#e#
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参考文献（略）
