变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究

【摘要】：随着全球气候的不断恶化以及化石能源的日趋枯竭，世界各国逐渐将关注的焦点转向于新能源的开发与利用。风能作为一种可再生的清洁能源，由于具有资源丰富、分布广泛、干净等特点，在新能源领域中一直占据着重要的位置。风力发电不仅具有成熟的发电技术，而且还具有相当大的开发规模，是一种极具市场化应用前景的发电方式。随着变速恒频风力发电机组的广泛应用，如何提高风能利用效率，实现发电量的最大化已经成为了风力发电技术中的关键问题。 本文以变速恒频双馈异步风力发电系统的最大风能追踪控制为主要研究内容，首先综述了国内外风能开发与风力发电的发展状况、风力发电相关技术的发展水平以及最大风能追踪技术的研究现状，并结合变速恒频风力发电系统的基本理论，具体分析了风力机的运行机理、风力发电系统的运行特性以及最大风能追踪的原理和控制方法。然后根据双馈异步发电机的运行特性，建立了双馈异步发电机在各个坐标系下的数学模型，通过采用定子磁链定向矢量控制技术对发电机的功率进行解耦控制，设计了外环为转速环，内环为电流环的双闭环发电机控制系统，并在此基础上，提出了基于模糊控制的最大功率点追踪算法。该算法将模糊控制理论与最佳功率曲线特性和改进的爬山法思想有效地结合起来，通过设计相应的模糊控制器来给出发电机在不同风速下的最佳转速，以此来对发电机进行调速控制，实现追踪最大风能的控制目标。该算法控制简单，既不需要测量风速，也不需要依赖风力机的相关参数和模型，具有很强的鲁棒性。仿真结果表明，该算法能够很好的与发电机矢量控制结合起来，无论是在定风速还是在变风速的环境下，都能够有效地实现对最大风能的追踪控制。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 最大功率点追踪 模糊控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题的研究背景与意义8
• 1.2 风能开发与风力发电的发展概况8-12
• 1.2.1 国外风力发电发展概况8-10
• 1.2.2 国内风力发电发展概况10-12
• 1.3 风力发电技术概述12-15
• 1.3.1 风力机的基础理论与控制技术12-13
• 1.3.2 风力发电机的运行控制技术13-15
• 1.4 最大风能追踪技术研究现状15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第2章 最大风能追踪基本理论19-28
• 2.1 风力机的运行特性19-20
• 2.2 变速恒频风力发电系统的运行状态20-22
• 2.3 最大风能追踪原理22-23
• 2.4 最大风能追踪控制方法23-27
• 2.4.1 最佳叶尖速比法23-24
• 2.4.2 功率信号反馈法24-25
• 2.4.3 三点比较法25-26
• 2.4.4 爬山搜索法26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 双馈异步发电机基本理论与控制方式28-43
• 3.1 双馈异步发电机的运行特性28-29
• 3.2 双馈异步发电机的数学模型29-35
• 3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型29-32
• 3.2.2 坐标变换32-34
• 3.2.3 同步旋转坐标系下的电机数学模型34-35
• 3.3 双馈异步发电机的矢量控制35-42
• 3.3.1 基于定子磁链定向矢量控制的双馈异步发电机数学模型35-37
• 3.3.2 双闭环控制系统的 PI 控制器设定37-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于模糊控制的最大功率点追踪算法43-59
• 4.1 整体控制策略设计43
• 4.2 MPPT 控制算法设计43-52
• 4.2.1 算法原理43-45
• 4.2.2 定风速下的最大功率点追踪算法设计45-47
• 4.2.3 参数自整定计算47-49
• 4.2.4 变风速下的最大功率点追踪算法设计49-51
• 4.2.5 风速变化的估算51-52
• 4.3 模糊控制在最大功率点追踪算法中的应用52-58
• 4.3.1 模糊控制原理52-54
• 4.3.2 模糊控制器的设计54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 最大风能追踪控制的仿真及分析59-72
• 5.1 风力发电系统运行过程仿真分析59-63
• 5.1.1 风力发电系统仿真模型59-60
• 5.1.2 风力发电系统运行过程的仿真结果分析60-63
• 5.2 最大功率点追踪算法的仿真分析63-71
• 5.2.1 定风速下的最大功率点追踪算法仿真模型63-64
• 5.2.2 变风速下的最大功率点追踪算法仿真模型64
• 5.2.3 采样时间64-65
• 5.2.4 仿真结果分析65-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 结论72-74
• 参考文献74-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

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