MW级永磁直驱风力发电系统的变桨距控制策略

发布时间：2017-04-25 08:03

  本文关键词：MW级永磁直驱风力发电系统的变桨距控制策略，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国风电行业发展非常迅速,风力发电机组也是趋于大型化、智能化。随着风力发电机组单机容量和风力发电在电网中所占比重不断增大,为维持电网安全、稳定运行,迫切需要对风力发电系统控制策略进行改进,使风电从波动大、可靠性低的“劣电”改善为稳定、可靠的“优电”。大型的永磁直驱风力发电系统是一个大惯性、纯滞后的非线性系统,在此系统中,变桨距控制是其核心控制部分之一。变桨距控制不仅关系着风力发电系统输出电能的质量,更决定机组能否正常运行。其变桨控制系统具有高阶非线性、强耦合的特点。为稳定风力发电机组输出有功功率,目前,风电领域常采用传统PID控制方法进行变桨距控制。PID控制方法简单易于操作,但在实际应用中,由于风电系统易受随机性大扰动影响,且风力发电系统精确模型难以确立,所以其控制精度与预期相去甚远,这对风电的并网、消纳极为不利,这也是电力系统中风电消纳、新能源接入的瓶颈所在。本文在对永磁直驱风力发电系统发电原理研究的基础上,建立风轮机模型,传动系统模型、变桨距系统模型、永磁同步发电机模型和变流器模型,并且在分析永磁直驱同步风力发电系统运行特性的基础上,对PID控制、非线性最优控制和代数神经网络控制等控制算法进行了研究,得到各控制算法在永磁直驱风力发电系统中的控制特点,并且针对各控制策略的控制特点,将PID控制分别与非线性最优控制、代数神经网络相结合,构成两种新型控制策略,此外,在文中应用蚁群算法对PID控制器参数进行了优化,确立非线性最优控制与PID控制结合的阈值,并且将优化后的PID参数作为代数神经网络的初值。最后,根据文中所提出的变桨距控制策略,设计对应的控制器,运用MATLAB平台中的Simulink工具,对系统在阶跃风速和全风速两种工况下进行分析,结果表明本文所提出的两种新型控制策略在永磁直驱风力发电系统中可以获得良好的控制效果,实现功率输出更为平稳、恒定。
【关键词】：风力发电 变桨距控制 PID控制 非线性最优控制 神经网络
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景与意义10-13
• 1.1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.2 课题研究意义11-13
• 1.2 风力发电技术发展现状及趋势13-15
• 1.2.1 风力发电系统目前主要机型13-14
• 1.2.2 变速恒频风力发电系统14-15
• 1.3 风力发电系统功率控制调节方式15-16
• 1.3.1 失速调节15-16
• 1.3.2 变桨距调节16
• 1.4 国内外风力发电发展现状、存在问题及发展趋势16-20
• 1.4.1 国内外风力发电发展现状16
• 1.4.2 目前风力发电存在问题16-18
• 1.4.3 变桨距控制策略研究现状与存在问题18-19
• 1.4.4 风力发电技术未来发展趋势19-20
• 1.5 本文主要内容20-22
• 第二章 永磁直驱风力发电系统原理22-34
• 2.1 风力发电系统基本原理22
• 2.2 永磁直驱风力发电系统结构分析22-24
• 2.3 风轮机空气动力学分析24-27
• 2.3.1 风能计算25
• 2.3.2 贝茨理论25-27
• 2.4 风力发电系统变桨距原理27-29
• 2.5 变桨距执行机构29-30
• 2.5.1 液压变桨距控制系统29-30
• 2.5.2 电动变桨距控制系统30
• 2.6 风力发电机组运行区间分析30-32
• 2.7 本章小结32-34
• 第三章 直驱永磁风力发电系统建模34-54
• 3.1 空气动力学模型建立34-36
• 3.2 传动系统模型36
• 3.3 桨距角执行机构模型36-37
• 3.4 永磁同步发电机模型37-42
• 3.4.1 静止三相坐标轴系下的数学模型37-39
• 3.4.2 相变换39-41
• 3.4.3 整流子变换41-42
• 3.5 全功率变流器模型42-51
• 3.5.1 机侧变流器模型建立43-48
• 3.5.2 网侧变流器模型建立48-51
• 3.6 本章小结51-54
• 第四章 永磁风力发电系统变桨距控制算法研究54-80
• 4.1 PID控制工作原理54-58
• 4.1.1 位置式PID控制器55-56
• 4.1.2 增量式PID控制器56-57
• 4.1.3 数字式PID控制的算法实现57-58
• 4.2 非线性最优控制与PID控制相结合新型控制策略58-67
• 4.2.1 精确反馈线性化58-62
• 4.2.2 基于精确线性化的非线性最优控制器设计62-63
• 4.2.3 非线性最优与PID控制结合的变桨距控制策略63-65
• 4.2.4 基于蚁群算法对阈值以及PID控制器参数优化设计65-67
• 4.3 新型神经网络控制策略67-78
• 4.3.1 BP神经网络67-69
• 4.3.2 BP神经网络算法缺陷69-71
• 4.3.3 代数神经算法基本原理71-75
• 4.3.4 计算实例75-76
• 4.3.5 代数神经网络PID控制器76-78
• 4.4 本章小节78-80
• 第五章 风力发电变桨距控制策略分析80-90
• 5.1 模型搭建80-82
• 5.2 控制状态分析82-88
• 5.2.1 阶跃风速下系统分析82-84
• 5.2.2 全风速条件下系统分析84-88
• 5.3 本章小结88-90
• 第六章 结论与展望90-92
• 6.1 主要结论90-91
• 6.2 进一步研究展望91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 攻读学位期间发表学术论文目录98

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邢作霞;陈雷;孙宏利;王哲;;独立变桨距控制策略研究[J];中国电机工程学报;2011年26期

2 周正叶;洪荣晶;高学海;王学辉;;风电机组变桨距功率简化计算方法[J];轴承;2011年11期

3 马忠鑫;潘庭龙;;风电系统独立变桨距控制综述[J];微特电机;2011年12期

4 陈雷;孙宏利;邢作霞;;减小塔影效应载荷波动的独立变桨距控制研究[J];电气技术;2012年01期

5 贺周耀;段斌;苏永新;潘嘉琪;龙辛;;基于功率和载荷协调的变桨距控制策略[J];电工电能新技术;2012年03期

6 姚兴佳;刘s，

本文编号：325923