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三相电压源型双PWM变频器主电路结构图
转子侧PWM变换器的主要功能是在转子侧实现双馈发电机的矢量控制，确保有功和无功功率的独 立调节；根据风速的变化，实现最大风能捕获运行。接于转子回路、用作交流励磁的电源必须是 一个能量能够双向流动的变换器。采用当前电力电子技术构造可满足交流励磁要求的变换器主要 有交－交变换器和PWM整流－PWM逆变(双PWM)的交－直－交型变换器。
6000 4,600 4000 3,700 3,000 1,550 700 0 上 海 江 苏 浙 江 山 东 福 建 1,500
5,000
2020年
2000
1,100 300 其他
海上风力发电势头越来越迅猛，2010年世界新增风电装机中，海上风 电占9.5%，达到历史新高。国家能源局的规划，到2015 年海上风电 计划装机5000MW，2020 年装机30000MW。但从目前沿海各省规划 的初步结果统计，2015 年的计划装机将达到15100MW，远远超过国 家的规划。
分析了实现最优风能捕获的系统控制方法，并对
变速恒频双馈风力发电用双PWM变换器的拓扑结
构、基本原理进行了研究
最后分析研究了谐波产生的原因以及谐波对电力 系统造成的影响，提出了抑制谐波的方法。
致谢 大学本科的学习生活即将结束。在此，我 要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过 我的同学，他们在我成长过程中给予了我 很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别 感谢我的导师闫群民老师，同时也要感谢 各位系上的老师的关心和帮助。 最后向所有关心和帮助过我的人表示真心 的感谢。
4,009 5,204 3,752
累计装机容量（MW）
截止2010年底，中国新增风电装机达1600万千瓦，同比增长62%，占全 球新增风电装机容量的46%；累计容量达4182.7万千瓦，累计容量占市 场份额为21.75%，超过美国，跃居世界第一。
国内风电现状与发展趋势
中国陆地风能 可开发量约 253GW， 海上风能资源 估计可开发量 在750GW左右 总计约 1000GW
谐波的解决方案
抑制谐波的方法有：
1、变压器以特定方式联接
2、功率补偿电容器前串上谐波电抗器
3、连接无源滤波器（LC滤波）
4、有源滤波器采用与交流滤波器完全不同的原理，通过产生与补偿谐波形状 一致、相位相反的电流，来抵消非线性负荷产生的谐波电流，以使谐波不会 流入公共供电回路。
全文总结
简述风力发电的概况，介绍国内外风力发电 发展现状与发展趋势，并分析和研究交流励磁 双馈发电机的结构特点、运行原理和能量关系
2010年全球前十国家风电累计装机容量
2010年全球前十国家风电累计装机容量
45,000 41,287 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0 20,676 13,065 27,214 26,546 40,180
5,797
5,660
双馈感应发电机的等效电路图
第三章 风力机最大风能捕获运行原理
风力机输出功率和转速关系曲线图
最大风能捕获方法的比较
直接转速控制法 是使系统在风速变化时能保持一个最优的叶尖速比， 以获得最大的功率。这种方法控制目标明确，原理简单，易于实现， 但在实际应用中需要监测风速，目前还没有得到广泛应用的精确测量 仪器，风速检测的误差会降低最大风能追踪的效果，现场中风速的检 测就成为本方法难点。 跟踪最佳功率——转速曲线法，基于双馈电机可以进行有功和无功功 率解耦控制，通过双馈电机的有功功率控制来实现最大风能追踪。不 用检测风速，电控系统响应快，稳态误差小，跟踪的准确性高。 爬山搜索法中转速变化量与有功功率变化量成比例关系，但实际上两 者是非线性的关系，从而会影响最大风能的追踪效果；采样周期T如果 不恰当，整个系统可能出现不收敛，或者响应太慢的情况。
2010年
全球新增风电装机容量
35,802MW 累计装机容量达 158,505MW 同比增长22.64%
图1-1 2003-2010年全球新增风电装机容量（单位：MW，分区域）
第一章 风力发电概述
图1-2 欧盟历年来累计风电装机容量及其增速
2010年，欧盟累计装机容量达84，974MW，同比增长12.24%
2 并网型风电系统 一般单机容量在200kW以上 ，或者多台联网形成风电场。
风力发电系统分类
风力发电的控制技术按功率调节方式大体上可分为以下两类 第一类是定桨距失速控制的恒速恒频(CSCF)发电系统
风轮机
直接驱动同步 发电机
电网 变频器
同步发电机的风力发电系统示意图
第二类是变桨距调节控制的变速恒频(VSCF)发电系统
2010年底，累计装机容量达到4182.7万千瓦，预计到2020年中国风电 累计装机可以达到2.3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达 到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。
海上风力发电成亮点
沿海各省海上风电发展规划
12000 10,000
10000
9,450
8000
7,000 2015年
第五章 风力发电谐波对电力系统的影响及解决方案
谐波的定义
谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数 倍，常称为高次谐波。
谐波对电网的影响
谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加,此外谐波还会引起 旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。 谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。
双馈式变速恒频风力发电系统示意图
风力机的分类
按照功率输出的大小分为小型（10kW以下）， 中型（10kW—100kW），大型（100kW以 上）； 结构形式多种多样，大体上可以分为：水平轴风 机，垂直轴风机；
风力机性能参数
风力机产生的功率可以用公式表示：
P—输出功率（W）
ρ—空气密度
v—风速（m/s）
2011届本科生学位论文答辩
双馈式风力发电系统的研究
指导教师：闫群民
LOGO
选题的背景及研究意义
背景 能源危机加剧，环保意识增强，作为可再生
资源的风力资源蕴量巨大、分布广泛、无污染，风 力发电在各国得到了快速的发展。
意义 开发新能源、减少对能源的消耗，减少对环
境的污染。提升风力发电机组的国产化率和行业竞 争力,改进风力发电的技术与提高风电并网能力。
S—风轮扫掠面积
Cp –风能利用系数
ηm—传动效率，一般为0.95—0.97
ηe—电气效率，一般为0.97—0.98
风能利用系数
叶尖速比 定桨距风力机性能曲线
双馈感应风力发电机变速恒频运行的基本原理
R1
双馈风力发电系统结构图 R2 / S
X2
I2 U 1
Rm
Im
Xm
U 2/ S发 电概述
第三章 风力 机最大风能 捕获原理与 各种方法及 其比较研究
第二章 交 流励磁风力 发电系统的 基本理论
第四章 变速 恒频双馈风力 发电系统双 PWM变换器 研究
第五章 风力 发电谐波对 电力系统的 影响及解决 方案
第六章 总结与 展望
第一章 风力发电概述
谐波可引起系统的电感、电容发生谐振,使谐波放大。当谐波引起系统谐振时,谐波 电压升高,谐波电流增大,引起继电保护及安全自动装置误动,损坏系统设备(如电力 电容器、电缆、电动机等),引发系统事故,威胁电力系统的安全运行。
谐波可干扰通信设备,增加电力系统的功率损耗(如线损),使无功补偿设备不能正常 运行等,给系统和用户带来危害。
风力发电的特点与局限性
特 点 风能资源丰富且可再生、清洁无污染 施工周期短实际占地少、对土地要求低 风电场运行简单、风力发电技术比较成熟 风力发电具有经济性
局限性
风能的能量密度小且不稳定 风能不能被大量储存 机械和电磁噪声
第二章 交流励磁风力发电系统的基本理论
风力发电系统可以分为两类 1 离网型风电系统 （独立的风电系统）又分为： a独立的风电系统 （一般100W—10kW的下小 型机组） b 风力-柴油机发电联合系统 （10kW—200kW 的风电机组） c 风力—太阳能发电联合系统 一般才用太阳能电 池方阵 （10kW—200kW的风电机组）
功率滞环比较控制法 实际上是爬山法的改进，存在和爬山法同样的 问题。
第四章 变速恒频双馈风力发电系统双PWM变换器研究
网侧 PWM 变换器 转子侧 PWM 变换器
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