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1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：永磁直驱风电系统低电压穿越技术研究学院（系）： 电气工程学院（电气工程系） 年级专业： 09级应电四班 学生姓名： 刘路遥 指导教师： 杨国良老师 完成日期： 2012年3月26日 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1.1 风力发电的现状和前景 目前，在全世界范围内，风力发电发展势头迅猛。从1996到2011年，风力发电装机容量的年平均增长率达28。截止到2011年底，全世界并网型风力发电机累计装机容量已达到268487MW。已经有越来越多的国家把发展风力发电作为未来电力投资的重点。我国也制定了自己的“乘风计划以鼓励风电设备
2、国产化。之所以各国如此大力发展风电技术，是由于风力发电对于解决能源危机、缓解环境污染状况都有十分重要的意义。 1.2 永磁直驱风电系统的优势和发展情况 目前世界上大型风电机，大体可分为三种：1.直接并网定速异步风力发电机系统，2.是变速恒频双馈风力发电机系统，3.为变速恒频直驱型风力发电机组。 第三种即为永磁直驱风电系统，即用多极永磁发电机直接连接风力机，避免了增速齿轮箱带来的诸多不便，使结构得到简化。与传统的双馈异步发电系统相比，由于传动系统的部件减少，降低了噪声，提高了系统的可靠性，同时利用变速恒频技术，可以进行无功功率补偿。由于发电系统的发电机轴直接连接到风轮上，变速恒频控制通过连接在发
3、电机定子上的变换器来实现，因此变换器的容量大小与系统的额定容量相等。随着国际市场上永磁材料的价格持续下降，加之技术的完善，永磁直驱风电技术受青睐的程度越来越高，各大风机生产厂商大力投资直驱风电机组的生产，直驱系统在风电市场中份额迅速扩大。 1.3 低电压穿越技术国内外发展现状与趋势 低电压穿越技术，指在在电网发生故障风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越这个低电压时间(区域)。低电压穿越技术是风力发电系统中的一个非常关键的技术之一，关系着风力发电的大规模应用。 欧洲在风力发电领域起步较早，发展很快，在一些北欧国家，例
4、如丹麦、德国等，风力发电已经成为了一种主要的能源形式。因此这些国家对于风力发电的研究已经处于世界领先水平，形成了许多风力发电专有的技术标准，其中包含了风力发电机故障运行的内容，对风力发电机组的并网运行特性进行了详细的规定，电网电压发生瞬时跌落的情况下风力发电机不能像以往一样可以随意脱离电网，需要像传统的火力发电机组一样，在电网故障时为电网提供支撑。 目前我国自“十五”以来已对风力发电机组理想电网条件下的运行控制进行了较为深入的分析和研究。但在工程实际中电网表现出非理想特性，电压跌落就是一种比较常见的故障形式，研究这种故障下风电机组的行为、特性，提高风力发电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国
5、内外研究的热点。然而新的电网运行规则要求，在外部电网故障下，风力发电机组具有连续运行能力，这就要求在诸如电压跌落的扰动下发电机不能从电网上解列，以免引发更大的后续扰动和更严重的故障。为适应新的电网运行规则，在电压跌落时需保证发电机仍然连接在电网上。 1.4选题的依据和意义 低电压穿越技术不仅包含要对上述过电流、过电压进行抑制技术，同时还包含实现电网故障排除后向电网输出无功，支持电网恢复的技术。目前，国外的风电机组制造厂商大多能够生产出具有低电压穿越要求的风电机组，虽然国内已有部分厂家实现了兆瓦级大功率风电机组的国产化，但很多都不具备低电压穿越能力，不能很好的满足电网安全需求。因此，加强对风电机
6、组低电压穿越技术的研究，对获得风力发电机组关键技术，提高风电机组的可靠性和风电场稳定性都具有重要意义。 因此，我选择这个课题作为我毕业设计的课题。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 本课题所研究的是直驱型永磁风力发电系统低电压穿越技术。 （1）查询学习风力机基础理论，建立风力机数学模型。介绍了背靠背双PWM直驱永磁风力发电系统的运行原理，建立了永磁发电机的数学模型。 （2）学习掌握永磁发电机的转子磁链定向矢量控制策略，对并网侧逆变器采用电网电压定向策略，实现功率因数可控，应用MATLAB对直驱型永磁风力发电系统进行了动态仿真。 （3）通过数据分析及系统建模算出电路的相关参数，利用MATLAB
7、模拟电网电压故障，并对直驱型永磁风力发电系统在电网三相对称电压跌落条件下进行特性分析。运用策略提高直驱型永磁风力发电系统低电压穿越能力。应用MATLAB对上述控制策略的效果进行仿真验证。三、研究步骤、方法及措施 1、了解课题的各项要求，理解课题的依据、意义、主要解决的问题和应用的领域，为更好的完成课题找准方向。 2、利用网络和图书馆查询永磁直驱风力发电系统变流器拓扑结构，PWM变换器控制及定向矢量控制的技术资料并进行消化理解 3、确定主电路拓扑及控制方式，及时与导师同学进行探讨学习找出设计的主要问题。更深一步的了解控制原理。 4、设计、计算电路有关参数，绘制好图纸。5、学习仿真软件的应用，利用
8、仿真软件进行电路的仿真，并依据仿真结果对设计方案进一步进行完善，撰写论文，完成课题。 四、研究工作进度 1、第 1-4周 查阅并消化理解资料，找出主要问题，确定主电路拓扑2、第 5-8周 了解工作原理，参数设计、计算电路有关参数。3、第 9-11周 利用仿真软件进行局部电路的仿真。给出全部工程图纸和元器件表。4、第 12-15周 撰写论文5、第 16-17周 画图，准备答辩。五、主要参考文献 1魏艳君等.电力电子电路仿真:MATLAB和Pspice应用M机械工业 出版社,20122阮毅，陈伯时电力拖动自动控制系统M机械工业出版社，20093王兆安，刘进军电力电子技术M机械工业出版社，20094
9、霍志红. 风力发电机组控制技术M中国水利水电出版社,20115杨玉新，刘观起等. 永磁直驱风电机组低电压穿越技术的研究J. 电力学报，2012,27(2):35-41.6韩国庆. 直驱式风力发电系统低电压穿越技术仿真研究J.工矿自动化,2011,12:56-59.7姚骏,廖勇,庄凯.永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略J电力系统自动化，2009，12(3):66-71.8胡书举,李建林,许洪华.永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析 J.电力系统自动化，2007，31(17):73-77.9吴素娟,张新燕,孙远.永磁直驱风电机组低电压穿越技术的仿真分析J.2010，4:43-48.10张
10、梅，何国庆，赵海翔等直驱式永磁同步风力发电机组的仿真与建模J中国电力，2008，41（6）：79-84.11杨玉新， 刘观起等.永磁直驱风电机组低电压穿越技术的研究J.电力学报，2012,27（2）:103-106.12李建林，徐少华.直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略J.电力自动化设备,2012,32(1):29-33.13Robinson J，Jovcic D, Joos G. Analysis and design of an offshore wind farm using a MV DC gridJ. IEEE Transactions on Power Delivery, 2
11、010，25(4):2164-2173.14Muyeen S M，Takahashi R，Tamura J. Operation and control ofHVDC-connected offshore wind farmJ.IEEE Transactions on Sustainable Energy,2010，1(1): 30-37.15Pablo Ledesma,Member,IEEE,and Julio Usaola,Member,IEEE.Doubly Fed Induction Generator Modelfor Transient Stability AnalysisJ.IEEE Transactions on Sustainable Energy,2005, 20(2),388-397.六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过 负责人签字：年 月 日说明：1.开题报告版面设置为：B5纸，上下页边距分别为2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm。2.开题报告正文标题及内容，宋体，小四号，行间距为固定值20磅。3.本科毕业设计（论文）开题报告一般不少于1000字。4.页面不够可加页
