基于输出调节的永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制

发布时间：2017-03-24 15:06

  本文关键词：基于输出调节的永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风力发电对于我国能源转型,实行低碳经济战略具有很重要的意义。在风力发电系统中,永磁同步风力发电系统取消了增速齿轮箱,具有维护费用低,体积小,优越的低电压穿越能力的优势,成为中小型机的主流。本文鉴于永磁同步风力发电系统多变量、强耦合、非线性的特点,应用具有自适应功能的输出调节器理论,以改善系统运行特性、提高发电效率。以永磁同步风力发电系统基本数学模型和两相旋转坐标系下的系统模型为研究对象,根据传统的双闭环电压矢量控制策略进行系统控制器的设计。在永磁同步风力发电实验平台上对传统双闭环电压矢量控制策略进行实验验证,在不同的风速条件下检测系统的稳定性,验证最佳功率转速特性实现最大功率跟踪的控制策略。基于输出调节的新观点,将输出调节器用于解决永磁同步风力发电系统最大功率跟踪问题,把跟踪问题转换成扩展系统的调节问题。将需要研究的非线性系统分为含有跟踪信号的外源系统、含有自适应控制器的内模单元和原系统方程。风速信号是一组特征频率未知的正弦函数叠加,通过分析在不同风速下的最佳转速从而得到期望的转速轨迹。根据自适应内模系统的特点,研究控制器的设计方法。根据内模系统的典型参数化模型理论设计内模控制器,一方面实现内模系统内部稳定,另一方面观测跟踪轨迹。在新的误差坐标系下,对加入了自适应参数的扩展系统建立Hamiltonian状态方程,通过Hamiltonian建模理论证明调节器的稳定性。仿真结果表明,在随机扰动风速下,基于调节器的永磁同步风力发电系统控制可实现对风能的最大捕获。与传统PI控制方法系统的结果比较,输出调节控制在风力发电系统中风速频率未知的情况下能实现自适应轨迹跟踪,跟踪稳态精度明显提高。并且,在复杂扰动情况下具有更好的抗干扰能力,适合用在非线性强、扰动复杂的永磁同步风力发电系统。
【关键词】：内模 输出调节 风力发电 永磁同步发电机 最大功率跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.2.1 永磁同步风力发电的研究现状10-11
• 1.2.2 风电系统最大功率跟踪的研究现状11
• 1.2.3 输出调节器的研究现状11-13
• 1.2.4 国内外文献综述的简析13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 永磁同步风力发电系统的结构及建模15-23
• 2.1 永磁同步风力发电系统的组成15
• 2.2 永磁同步风力发电系统建模15-22
• 2.2.1 风力机的数学模型15-17
• 2.2.2 永磁同步发电机的数学模型17-19
• 2.2.3 功率变换模块的数学模型19-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 PI控制器设计及实验验证23-31
• 3.1 网侧PWM逆变器控制23-24
• 3.2 机侧的数学模型化简及控制系统设计24-25
• 3.3 永磁同步风力发电系统PI控制仿真分析25-28
• 3.3.1 网侧系统仿真25-26
• 3.3.2 机侧系统仿真26-28
• 3.4 系统实验与分析28-30
• 3.4.1 实验平台介绍28
• 3.4.2 实验结果及分析28-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 基于输出调节器的最大功率跟踪31-56
• 4.1 输出调节器理论31-33
• 4.2 自适应输出调节器内模系统的典型参数化模型33-35
• 4.3 端口受控哈密顿系统35-36
• 4.4 输出调节器设计36-45
• 4.4.1 问题的提出36-40
• 4.4.2 内模单元的设计40-45
• 4.5 PMSG风力发电系统最大功率跟踪仿真验证45-55
• 4.5.1 PI控制最大功率跟踪45-49
• 4.5.2 输出调节器控制最大功率跟踪49-55
• 4.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62

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