大型风电机组控制策略研究

【摘要】：随着世界风电行业的火爆,特别是中国的风电行业,每年都以100%的速度在增长,以至于世界各大风电巨头都加紧抢占中国市场。伴随着电子信息和控制技术的进步,风电机组向着大容量、永磁直驱和海上风机的方向发展。目前,兆瓦级风电机组普遍采用变速变距控制技术,此种控制手段可以实现最大风能捕获,有效地改善并网电能质量,减小机组传动链和塔架的载荷,从而延长风机的使用寿命。 风电机组是一个多输入多输出的高阶非线性复杂系统,加上风速的随机性,使得风机的输出功率不稳定。本文通过Bladed风机设计软件对机组进行模态线性化,得到风机的线性化模型；应用MATLAB软件载入生成的模型并设计风机的控制器,包括：阻尼滤波器、转矩控制器和变桨控制器。通过设置阻尼滤波器的参数,进而改变传动链的阻尼,减小外界的干扰信号和传动链的振动,从而减小机组的载荷；转矩控制器是在切入风速与额定风速之间时起作用,通过控制发电机转矩,从而控制风轮和发电机转速,实现最佳叶尖速比运行；变桨控制器是在切入风速之前和额定风速之后起作用,在切入风速之前,通过调节桨距角,利用风轮的气动特性使风机在较小风速就能自启动。在额定风速之后,通过变桨限制功率的输出,使输出功率恒定。在控制器中应用RBF神经网络在线整定PID参数,使系统的快速性和稳定性更好。 风电机组运行的最终目的是在安全、稳定运行的前提下实现最大风能捕获,通过加入转矩控制器和变桨距控制器来实现,并运用RBF神经网络在线整定PID参数,使整个控制系统具有良好的控制效果；由于机组的叶片、传动链和塔架都存在着固有频率,所以在两个控制器中加入阻尼器的设计,进而减小整个系统的载荷,延长机组的使用寿命；应用Bladed风机设计软件对机组参数进行仿真,经过对比分析,说明控制器设计合理,满足控制系统要求。 【关键词】：风电机组 转矩控制器 变桨距控制器 模态线性化 RBF神经网络
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景与意义10-11
• 1.2 国内外风力发电发展现状11-14
• 1.2.1 国内发展现状11-12
• 1.2.2 国外发展现状12-14
• 1.3 风电机组控制技术简介14-16
• 1.3.1 变桨距控制技术15
• 1.3.2 变速恒频技术15-16
• 1.3.3 变速变距控制技术16
• 1.4 本文的主要目的和工作内容16-18
• 第二章 双馈式风电机组数学模型18-29
• 2.1 风速模型18-20
• 2.2 风轮气动特性模型20-22
• 2.3 传动链模型22-23
• 2.4 双馈感应发电机模型23-27
• 2.4.1 双馈风力发电机运行原理23-24
• 2.4.2 三相静止坐标系下数学模型24-27
• 2.5 变桨距执行机构模型27-28
• 2.6 电网模型28-29
• 第三章 风电机组转矩阻尼控制器设计29-46
• 3.1 控制系统构成29-31
• 3.2 控制区域划分31-32
• 3.3 PID转矩阻尼控制器设计32-39
• 3.3.1 Bladed风机建模功能32-34
• 3.3.2 模态线性化过程34-36
• 3.3.3 转矩阻尼控制器设计36-39
• 3.4 基于RBF神经网络优化PID参数39-41
• 3.5 基于MATLAB软件Toolbox设计控制器41-43
• 3.6 转矩阻尼控制器仿真43-46
• 第四章 风电机组变桨距控制器设计46-57
• 4.1 变桨距控制系统46
• 4.2 变桨距控制器设计46-52
• 4.2.1 电动变桨距模型46-49
• 4.2.2 变桨距控制器仿真49-52
• 4.3 转矩控制与变桨距控制切换52-54
• 4.4 基于Bladed软件机组参数仿真54-56
• 4.5 MATLAB与Bladed仿真对比分析56-57
• 第五章 结论57-58
• 参考文献58-60
• 附录60-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

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