2022年开机分析方案风力发电机转子电路控制器设计 .docx

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1、精品_精品资料_2022 届毕业设计开题报告目风力发电机转子电路掌握器设计专业 电气工程及其自动化姓名孔翔班级05 电学号05020228指导老师张 建 生起止日期 3 月 25 日6 月 9 日题2022 年 4 月 8 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_毕业设计开题报告.与 2022 年累计装机 56.7 万 kw 相比, 2022 年累计装机增长率为 34.7%.中国目前风电装机容量虽少于上述国家,但近几年来风电进展快速,估计到2022 年新增风电装机容量累计达470 万 kw 以上.随着我国经济的快速增长,对电力供应的要求也日益加剧.目前我国的电力供应形势仍旧特别严肃,

2、在2022、2022 年我国显现了大面积的“拉闸限电”的情形.而且我国的电力能源结构中75%是燃煤发电,排放污染也特别严峻.现在我国正在进行西部大开发,由于西部的区的分散性,要解决那里的用电问题,就必需开发像风力发电这样的分散供电系统,而我国2022 年奥运会提出了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的口号,这必将对新能源的进展起到很大的鼓可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_舞作用.而大力进展风电,既可以有效的削减二氧化碳等温室气体的排放,又可以缓解我国电力供应紧急的局面.因此我国的风电产业进展迎来了一个前所未有的大好机遇.2、课题来源我国是风能资源较丰富的国家,有悠久的开发利用风能的

3、历史.特别是近几十年内,在国家的勉励和支持下,在部门的规划和领导下,在的方的组织和落实下, 风力发电取得了可喜的进步.在“六五”和“七五”期间的科技攻关工程中,在产业化进展中,在国家“863”方案中,都将风力机的研制放在其中.国家制定了风力发电的规划和优惠政策,为大规模开发利用我国丰富的风力资源打下了良好的基础.但是无论从发电才能的需求仍是从环境爱护的压力来分析,我国风能开发利用任重而道远.从上世纪 50 岁月开头风力发电的讨论和试验到90 岁月风力发电开头由试验阶段步入商业化进展阶段并形成了“大、中、小”一起上的局面,我国的风力发电在借鉴外国先进风电技术的同时走出了自主创新的新路子.进入 9

4、0 岁月以后,我国在大型 并网型 风力发电机组的国产化方面取得了有效的进展.经过 20 多年的科技攻关,在国家有关部门和的方政府的支持下,我国风能利用技术有了很大的提高,积存了不少胜利的体会.由上海蓝天公司主持研制 的 300kw 风发电机组, 1998 年初在南澳风电场投入并网运行,目前运行情形良好.在 600kw 风力机研制方面,由国家科研部立项,新疆风能公司、浙江省机电设计讨论院等单位主持的大型风力机国产化工程也迈出了坚实的一步.目前我国已基本掌 握了 2006O0kW大型并网风力发电机组的制造技术,主要零部件如风轮叶片、变速箱、发电机、掌握系统及偏航系统等己实现了国内批量生产,新疆金风

5、科技有限责任公司生产的 6O0kW风力发电机组国产化率为96%,投入运行成效很好,目前正开发 MW级风力发电机组.二、设计要求与目标1、把握双馈电机调速的基本原理.2、把握转子侧 PWM 变换器上午性能及其对 DFIG 的运行掌握方法.3、把握风力发电机的空载并网掌握.4、完成转子侧掌握系统的软件设计.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_5、进行运行试验讨论并调试三、设计方案和技术路线本文讨论对象是双馈型绕线异步发电机的沟通励磁变速恒频风力发电系统.主要讨论完整的沟通励磁变速恒频风力发电的基础理论和关键技术,重点讨论异步发电机变速恒频的运行机理,变速恒频的空载并网技术,沟通励磁发电

6、机的矢量变换掌握.双馈电机调速的基本原理变速恒频是双馈型沟通励磁绕线式异步发电机的一个重要优点.由于实际中发电机的定、转子都参加了励磁,故可实现“双馈”.依据双馈电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的原理,可以得出DFIG风力发电机运行时电机转速与定、转子绕组电流频率关系的数学表达式:nl=n 士n22-1f1=p*n/60 士f22-2式中,f1 肯定子电流频率,由于定子与电网相连,所以f1 与电网频率相同.n1- 定子旋转磁场的同步转速.p- 电机的极对数.n- 风力发电机的转速.n2- 为转子旋转磁势相对于转子的转速.f2- 转子电流频率.由式2 一1知,当风力发电机转速.发生变化

7、时,如调剂转子电流频率几相应变化,可使 f1 保持恒定不变,即与电网频率保持一样,实现风力发电机的变速恒频掌握.当 n 和2 一2取正号.当 nnl 时,风力发电机处于超同步速运行,此时定子和转子同时发出电能给电网,式2 一l 和2 一2取负号.当n=n1时, f2=0 ,变流器向转子供应直流励磁,此时发电机作为同步电机运行.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图2一1风力发电机变速恒频的运行原理如图 2一2是双馈调速电机的等效电路,其中s为转差率.定子接电网所以定子磁场是恒定的.气隙磁场的励磁电流可以从定转子两方面猎取,由于定子磁场和气 隙磁场励磁回路的串联关系,又由于存在定子磁

8、场恒定这个约束,所以说定子磁场 的励磁电流可以从定转子两方面供应,这样通过掌握转子侧的励磁电流就可以掌握 电机定子侧从电网吸取的无功功率,起调剂功率因数的作用.双馈电机的转子绕组中总是作用着两个频率都是 f1s 的电源.一个是转子感应电势Er,另一个是转子绕组的外加电压 Ur, Er是一个受控电压源,受双馈电机的转差率和定子侧电流的约束.调剂转子侧附加电压 Ur的幅值和相位,就可以掌握双馈调速感应电机转子侧的有功功率和无功功率.不论转差率为正为负总能够调剂使得转子侧的有功功率为正 或者为负.所以,不论在亚同步转速或者超同步转速都可以掌握电机为制动力矩或 者电动力矩,从而掌握发电机可以在任何转速

9、下都能工作在发电状态.也可以调剂 循环于电网和定子之间的无功功率 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图2一2双馈电机等效电路双馈风力发电机并网掌握图23风力发电机空载并网掌握图空载并网方式是指并网前发电机空载,调剂发电机的定子空载电压实现并网的方法.沟通发电机并网条件是发电机输出电压和电网电压在幅值、频率及相位上完全相同.因而并网之前应对发电机的输出电压进行调剂,当满意并网条件时进行并网操作.并网前发电机空载,取电网电压 频率、相位、幅值 作为掌握信息供应应可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_掌握系统,据此调剂发电机的励磁,按并网条件掌握发电机定子空载电压.变速恒频

10、风力发电机空载并网掌握的实质是依据电网的信息来调剂发电机的励磁,使发电机输出电压符合并网的要求.图4一1中,在检测三相电网电压 Usa、Us,后,依据检测到的电压值运算出电网电压空间矢量的幅值 U1和相角 0u.0u经角度变换后得出定子磁链的相角 0s.依据式4 一13运算动身电机的参考定子磁链,再运算出转子M轴电流参考重量 Irm* .通过PI调剂器可实现转子电流 Irm的闭环掌握. Irm* 与Irm 的误差经过 PI调剂后直接得到转子 M轴电压参考重量 Urm,Irt 为零,所以由补偿量 Lr*Ws*Irm 得到转子 T轴电压参考重量 Urt*.Urm*,Urt*经过坐标变换后得到坐标系

11、中的重量值Urx 、Ury,由此进行SVPW调M制,产生发电机侧变换器的脉冲驱动信号作为发电机的转子励磁,实现对发电机的空载并网掌握 .转子侧掌握系统的软件设计DSP数字掌握器由于该系统要处理的数据量大、实时性和精度要求也高,因此选用美国德州仪器公司的数字信号处理器 DsPTMS320F281作2 为系统的主控芯片.TMS320F281数2 字信号处理器是 Tl 公司最新推出的 32位定点 DSP掌握,是目前掌握领域最先进的处理器之一.其频率高达 150MH,z 大大提高了掌握系统的掌握精度和芯片处理才能. TMS320F281芯2 片基于 C/C+高效32位 TMS320C28xDS内P 核

12、,并供应浮点数学函数库,从而可以在定点处理器上便利的实现浮点运算.在高精度伺服系 统、可变频电源、 UPS电源等领域广泛应用,同时是电机等数控产品升级的正确挑选.TMS320F2812是150MIPS的定点 DSP核心,它内部集成了储备器、 PWM发生器、刀 D转换器、串 / 并行通讯口等外围设备的数字化电机掌握芯片.SVPW原M理在沟通调速中,随着高开关频率的功率器件 如IGBT、MosFET等的显现,脉宽调制 PWM技术取代了老式相控技术,在电机掌握领域占据了主导位置.在众多的PWM技术中,电压空间矢量 PWM也 成为磁链跟踪 PWM调制具有比较显著的优点 : 电流谐波少,转矩脉动小,噪音

13、低.仍有一个不太显著的优点是: 相对于常规SPWMSinePW,M直流电压利用率能提高约 15%.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_从原理上来说, SvPWM把电动机和 PWM逆变器看为一体,最终实现的是让电动机获得幅值恒定的圆形磁场.当三相对称正弦电压供电时,沟通电动机内产生圆形磁 场,而SVPW以M此圆形磁场为抱负基准,用逆变器不同的开关模式所产生的有效矢 量来靠近圆形,即用多边形来靠近圆形.但是从纯数学角度推导,可以把对磁场的 描述通过其与电压的近似关系来得到整个推导过程脚.转子侧变换器的掌握程序框图双馈发电机转子侧掌握器的软件采纳模块化设计,整个软件体系由主程序和各种中断

14、服务程序组成,主程序和中断服务程序又由子程序组成,它们之间的结构关系如图 5-9 所示.软件体系采纳四个优先等级,最高优先级为爱护中断,其次是定时器中断、串行通讯中断,最低级是主程序,其中定时器中断实现DFIG 实时掌握任务,是软件体系的核心.串行通讯中断用来处理DSP与主机通讯之间的通信,主程序执行最低级的功能 如程序状态显示 ,可以被全部使能的中断打断.图 5-11 是实现变频调速的流程图.主程序完成的任务是DSP寄存器初始化, Tl 的下溢中断完成的任务是 SVPWM的调制,接收中断完成的任务是把给定值通可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_过 PC机发送给 DSP.可编辑资料

15、 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 5-12 是 DSP寄存器初始化以及定时器 Tl 中断服务程序的流程图.定时器T1 中断服务程序执行对转子侧变换器的定子磁链定向矢量掌握,实现双馈发电机的变速恒频发电运行掌握,其中 Ua,Ub.从三相电网获得,是三相电压的瞬时值.四、工作内容与时间支配1 第 12 周 明白课内容和要求,查阅资料.2 第 3 周 编写开题报告.3 第 4 周双馈电机的理论分析. 4 第 5 6 周风力发电机的空载并网掌握.5 第 7 8 周转子侧 PWM 变换器及其对 DFIG 的运行掌握.6 第 910 周 转子侧掌握系

16、统的软件设计.7 第 11 周 系统调试.8 第 12 周翻译相关英文资料.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_9 第 1314 周 撰写毕业设计论文,预备答辩.五、参考文献1 王长贵、崔容强、周草,新能源发电技术,北京,中国电力出版社,20222 宫靖远、贺德馨、孙如林等,风电场工程技术手册,北京,机械工业出版社,20223 马洪飞、徐殿国、苗立杰,几种变速恒频风力发电系统掌握方案的对比分析,电工技术杂志, 2022 年第 10 期4l刘其辉,变速恒频风力发电系统运行与掌握讨论,博士学位论文,浙江,浙江高校 2022.15 李南,变速恒频风力发电系统中矢量掌握系统的讨论与应用,

17、硕士学位论文 , 沈阳,沈阳工业高校, 2022.26 卞松江,变速恒频风力发电关键技术讨论,博士学位论文浙江高校,浙江,2022.67 秦小平、王克成,感应电动机的双馈调速和串级调速四北京: 机械工业出版社,19908 吴俊玲,大型风电场并网技术的如干问题讨论,硕士学位论文,北京,清高校, 2022.69 柯昌信,智能掌握在大型风力发电机电控系统中的应用,硕士学位论文,新 疆,新疆高校, 2022.610 赵栋利,许洪华,赵斌等,变速恒频风力发电机并网电压掌握讨论,太阳能学报, 2022 年第 5 期可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_指导老师看法 对课题的深度、广度及工作量的看法和对毕业设计结果的猜测）：指导老师：年月 日系部看法：系主任：年月日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载