双馈风电机组建模与基于模糊控制的最大功率跟踪研究

【摘要】：能源和环境已成为人们生存以及可持续发展的紧迫性问题,因而风力发电开始引起人们的关注并得到了大力的发展。由于风力机获得的功率与风速的三次方成正比,风具有随机性以及不稳定性,导致了风电机组的控制较为困难,特别是风电机组的发电机转速的跟踪控制,因而对风电机组系统仿真以及控制系统的深入研究,对于我国风电国产化具有重要的理论意义以及工程应用价值。 文中分析了双馈风力发电机组的基本原理,在此基础上建立了发电系统各个部分的数学模型,包括风速模型、风轮模型、双馈电机模型、变流器模型以及直流母线模型等,并于PSCAD软件中搭建。 通过研究双馈风力发电机的基本结构和工作原理以及相应的坐标变换准则,给出了变速恒频双馈风力发电机的数学模型,在功率不变条件下,经过坐标变换,得出了dq坐标系下的数学模型。同时基于双馈发电机的运行原理,研究了交流励磁双馈风力发电机的矢量控制,包括转子侧变流器的定子磁场定向矢量控制以及电网侧变流器矢量控制,并在PSCAD软件已搭建的系统模型中,加入这两个控制模块。 由双馈风电机组运行特性分析知,将双馈风电机组运行区域分成三个阶段,提出了每个阶段的控制策略,文中针对变速运行的最大风能跟踪控制进行了研究,并设计实现了功率控制和速度控制两种控制模式。 引入模糊控制以实现对发电机转速的实时跟踪,基于模糊控制,设计了发电机转速跟踪模糊控制器,并能够对参考转速跟踪,从而使得双馈风电机组能够实现最大风能捕获运行。 【关键词】：变速恒频 双馈风力发电机组 转速控制 空间状态矢量调制 最大功率跟踪 模糊控制 转子侧变流器 网侧变流器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 世界风力发电发展现状及趋势10-12
• 1.1.2 我国风力发电发展现状及趋势12-14
• 1.2 双馈风电机组研究现状及研究意义14-16
• 1.2.1 变速恒频双馈风电机组研究现状14-15
• 1.2.2 研究意义15-16
• 1.3 论文主要研究内容16-18
• 第2章 变速恒频双馈风电机组建模研究18-24
• 2.1 变速恒频双馈风电机组基本原理18
• 2.2 系统模型18-23
• 2.2.1 风速模型18-20
• 2.2.2 风力机模型20-21
• 2.2.3 传动系统模型21-22
• 2.2.4 双馈感应电机模型22
• 2.2.5 电压源变流器及直流母线模型22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 变速恒频双馈发电机的数学模型24-49
• 3.1 变速恒频双馈风力发电机的基本结构和工作原理24-26
• 3.1.1 基本结构24
• 3.1.2 工作原理24-26
• 3.2 三相静止坐标系下交流励磁双馈发电机的多变量数学模型26-28
• 3.3 两相同步旋转坐标系下双馈发电机动态模型28-36
• 3.3.1 功率不变条件下的等效变换28-32
• 3.3.2 两相同步旋转坐标系下双馈发电机动态数学模型32-36
• 3.4 交流励磁双馈发电机的矢量控制36-46
• 3.4.1 转子侧变流器定子磁场定向矢量控制36-39
• 3.4.2 电网侧变流器矢量控制39-46
• 3.5 基于所建模型的系统仿真46-48
• 3.5.1 额定风速以下的仿真结果46-47
• 3.5.2 额定风速以上的仿真结果47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 最大风能追踪控制49-62
• 4.1 双馈风力发电机组运行原理49-53
• 4.1.1 风力机的空气动力学特性49-51
• 4.1.2 变速恒频风力发电机组的运行区域51-53
• 4.2 最大风能追踪机理53-54
• 4.3 最大风能追踪控制策略54-61
• 4.3.1 间接速度控制模式55-60
• 4.3.2 速度控制模式60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 模糊控制62-79
• 5.1 模糊控制系统的基本组成结构62-65
• 5.1.1 传统控制系统到模糊控制系统62-64
• 5.1.2 模糊控制系统的结构64-65
• 5.2 模糊控制的理论基础65-73
• 5.2.1 隶属函数65-67
• 5.2.2 量化因子和比例因子67-69
• 5.2.3 模糊控制规则69-72
• 5.2.4 模糊集合到数值的转化72-73
• 5.3 模糊控制器的设计73-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第6章 仿真分析79-88
• 6.1 基于模糊控制的系统仿真模型建立79-84
• 6.1.1 风力机模型80-81
• 6.1.2 双馈发电机模型81
• 6.1.3 转子侧变换器控制模型81-82
• 6.1.4 网侧变换器控制模型82-83
• 6.1.5 控制系统部分子模块83-84
• 6.2 仿真结果84-87
• 6.3 仿真结论87-88
• 第七章 结论与展望88-89
• 7.1 结论88
• 7.2 研究展望88-89
• 参考文献89-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文94-95
• 致谢95

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