无刷双馈风力发电系统的无源性控制及其混沌研究
本文选题:无刷双馈电机 + 风力发电 ; 参考:《广东工业大学》2016年硕士论文
【摘要】:无刷双馈电机(brushless doubly-fed machines, BDFM)是一种新型交流调速电机,结构简单稳固、功率因数可调、电力电子装置容量小,维护成本低,兼具异同步电机特点,特别适合于变频调速传动系统与变速恒频风力发电系统。从能源与社会可持续发展角度,论述了国内外风力发电的发展现况及在未来能源发展中的重要地位。考虑到风力发电系统的复杂性及各类单一控制算法的局限性,研究了结合智能控制算法和其它先进控制算法的混合控制策略,论述了其在最大风能捕获、功率预测、偏航控制等方面应用的主要研究成果与方法。基于BDFM结构,分析了其工作原理及运行方式;通过推导BDFM三相静止abc坐标系下及转子速d-q轴数学模型,建立了开环运行时的Matlab/Simulink仿真模型,仿真验证了单馈、双馈等各类运行方式下电机的动、静态运行特性。针对BDFM不规则电磁噪声、不规则转矩、转速间歇振荡等问题,推导了电机的非线性微分方程;以转子运动时间常数为可变控制参量,构建了BDFM的混沌模型;通过数值仿真获得了电机系统的最大Lyapunov指数谱,确立了电机中发生混沌运动状态的参数范围,仿真验证其混沌运动现象。基于无源性理论,从能量角度研究无刷双馈风力发电机控制系统,推导出两相静止α-β坐标系下发电机的电压方程,构建电机系统的欧拉-拉格朗日模型;基于该模型设计了变阻尼无源性控制调速系统,在低于额度风速工况下,使系统跟踪转速期望值。通过与矢量控制及恒阻尼注入对比,仿真结果验证了变阻尼无源性控制的可行性和有效性,且具有更好的鲁棒性和动态响应。
[Abstract]:Brushless doubly-fed machines (BDFM) is a new type of AC speed regulating motor with simple and stable structure, adjustable power factor, small capacity of power electronic device, low maintenance cost, and features of heterogeneous synchronous motor. It is especially suitable for variable frequency speed control drive system and variable speed constant frequency wind power generation system. From the point of view of sustainable development of energy and society, this paper discusses the present situation of wind power generation at home and abroad and its important position in the future energy development. Considering the complexity of wind power generation system and the limitation of all kinds of single control algorithms, the hybrid control strategy combining intelligent control algorithm with other advanced control algorithms is studied, and the maximum wind power capture and power prediction are discussed. Main research results and methods of application of yaw control. Based on the structure of BDFM, the working principle and operation mode are analyzed, and the Matlab/Simulink simulation model of open loop operation is established by deducing the mathematical model of BDFM three-phase static abc coordinate system and rotor speed d-q axis. Dynamic and static operating characteristics of motor under various operation modes such as doubly-fed. In this paper, the nonlinear differential equation of the motor is derived for the BDFM irregular electromagnetic noise, irregular torque and intermittent oscillation of rotational speed, and the chaotic model of BDFM is constructed with the rotor motion time constant as the variable control parameter. The maximum Lyapunov exponent spectrum of the motor system is obtained by numerical simulation, and the parameter range of chaotic motion state in the motor is established, and the chaotic motion phenomenon is verified by simulation. Based on the theory of passivity, the control system of brushless doubly-fed wind turbine is studied from the point of view of energy. The voltage equation of generator in two-phase static 伪-尾 coordinate system is derived, and the Euler-Lagrangian model of motor system is constructed. Based on the model, a variable damping passive control speed regulating system is designed, which can track the expected speed of speed under the condition of lower than the limit of wind speed. Compared with vector control and constant damping injection, the simulation results show that the variable damping passive control is feasible and effective, and it has better robustness and dynamic response.
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM614
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,本文编号:1961087
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