变速恒频双馈风力发电机的最大风能跟踪控制

【摘要】：由于如煤和化石等常规能源的日渐枯竭，对可再生能源的开发利用越来越引起人们的重视，而风力发电以其独有的优势受到世界各国政府的广泛关注。随着现代科学技术的不断进步，风力发电技术在近20年里有了飞速的发展，已成为当今电力系统最为活跃的研究领域之一。 本文的主要工作是：首先介绍了本文研究的背景意义，并介绍了国内外风力发电的发展现状，对风力发电系统做了介绍并对研究热点问题风力发电的最大风能追踪的控制算法进行了归纳，并总结了各自的优缺点；其次分析了变速恒频双馈风力发电系统的原理，包括风力机和传动系统的特性、双馈风力发电系统的功率传输关系和运行区域；然后分析了双馈电机的等值电路和数学模型，采用了定子磁链定向矢量控制算法，将双馈电机的数学模型进行简化，实现对双馈的电机有功功率和无功功率的解耦控制；对额定风速以下的风力发电机组，在风速自然变化的情况下，为了实现机组的最大风能追踪控制，设计了一个三维的模糊控制器，将电机的输出功率增量、电机的转速增量和最优转速方向判断信号作为控制器的输入，给出发电机最优参考转速；最后，基于全文对变速恒频双馈风力发电系统的理论分析，在MATLAB/Simulink仿真环境下建立了整个系统的仿真模型，包括风力机、双馈发电机、控制器等。通过对仿真结果的分析，验证了所提出的模糊控制器的可行性，相比于传统的模糊控制算法，在随机风速下，本文的模糊控制算法提高了机组的在低风速下的风能捕获能力。 【关键词】：变速恒频风力发电 双馈发电机 矢量控制 模糊控制器
【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】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 本文研究的意义8
• 1.2 风力发电的现状与趋势8-17
• 1.2.1 世界风力发电的发展现状8-9
• 1.2.2 国内外大型风电机组的发展现状与趋势9-13
• 1.2.3 风电系统最大风能跟踪方法13-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 变速恒频双馈风力发电系统的基本原理18-26
• 2.1 风力机的基本特性18-21
• 2.2 传动系统的特性21
• 2.3 变速恒频双馈风力发电系统的工作原理21-25
• 2.3.1 基本原理21-22
• 2.3.2 双馈电机的功率传输关系22-24
• 2.3.3 变速恒频风力发电机组的运行区域24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 双馈风力发电机的数学模型26-40
• 3.1 双馈电机的等效电路26-27
• 3.2 双馈电机的数学模型27-35
• 3.2.1 三相静止坐标下的双馈电机数学模型28-32
• 3.2.2 坐标变换32-33
• 3.2.3 双馈电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型33-35
• 3.3 双馈发电机的矢量控制35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 模糊控制器的设计40-52
• 4.1 模糊控制的基本原理40-41
• 4.2 模糊控制的一般步骤41-44
• 4.2.1 输入量的模糊化41-42
• 4.2.2 规则库42-43
• 4.2.3 输出量的清晰化43-44
• 4.3 最大风能追踪模糊控制器的设计44-51
• 4.3.1 传统的控制策略44-48
• 4.3.2 改进的模糊最大风能追踪控制48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 仿真系统与仿真分析52-62
• 5.1 仿真模型的建立52-55
• 5.2 仿真结果分析55-62
• 5.2.1 阶跃上升风的分析55-58
• 5.2.2 阶跃下降风的分析58-59
• 5.2.3 随机风的分析59-62
• 第6章 总结62-63
• 参考文献63-67
• 在学研究成果67-68
• 致谢68

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