大惯量双馈风力发电系统最大功率跟踪策略优化
发布时间：2021-09-11 20:52
在当前的风力发电并网系统中,变速恒频技术以其可变速实现最大风能追踪控制、变流器容量小等优势成为当下的主流市场技术。双馈风力发电系统的机电控制理论虽然更为复杂,但发展至今已经较为成熟,电机可以实现较好的调速效果。但随着技术进步,风机制造得越来越大,伴随着风机转动惯量的不断增大,调速快速性降低,风能捕获效率降低。本文的主要研究目的是,适应大型风电系统的大惯量特性和现实风速的多变波动特性,优化传统的风能捕获控制策略,提高风能利用效率,具有较高的现实意义。本文首先分析了三种经典的最大功率跟踪策略的原理、实现要求及优缺点和传统爬山法的局限性,在此基础上提出了一种基于风速预测的爬山法优化策略,在变步长爬山法的基础上引入风速超短期预测和叶尖速比控制,预测未来风速并进行趋势分析,做出相应的决策,对传统爬山法的扰动施加进行修正,提升风速趋势变化下的跟踪速度,减小平缓风速下的稳态振荡。本文的风速预测主要应用于最大功率跟踪控制,风速细节信号对于风能利用意义不大,因此设计了一种通过小波分解与单支重构来把握风速趋势序列的方法,再通过ARIMA模型预测未来几秒的风速趋势数据,从而能够较好的预测风速趋势信号。对风速...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统结构
大惯量双馈风力发电系统最大功率跟踪策略优化2——风流过截面S的平均速度，；R——风力机叶片半径，。风能利用系数表示风力机将风的动能吸收并以机械能的形式向后传递的效率，风力机可以从大自然的风中捕获的机械功率可表示为：==1223(2-2)叶尖速比常用来描述风力机的风电特性，无量纲，是风轮最外端，也就是叶尖的线速度与风速的比值，定义如下：λ=RΩ(2-3)式中，Ω——风机叶片旋转的角速度，。根据式(2-2)可知，在空气密度和叶片迎风过流面积不变的情况下，对恒定风速，系统吸收的能量与风能利用系数成正相关。对于一台特定的风力机而言，都可以用特定的函数(,)表示，如图2-2所示，是不同桨距角下的有相似变化规律的曲线簇。图2-2不同桨距角下的风能利用系数曲线簇由图2-2可知，在同一桨距角β下，利用效率仅与叶尖速比λ相关，有且仅有一个最佳值使风机达到最大风能利用系数。可以发现，不同桨距角下的最大风能吸收效率值也不一样，桨距角为0°时可达最大，也就是能
大惯量双馈风力发电系统最大功率跟踪策略优化3从自然中获取的最大风能最多，所以为了尽可能多吸收风功率，总是首先保持风轮迎风桨距角为零度，来保持最大风能跟踪。2.3风力机模型根据空气动力学理论，风轮叶片迎风转动，从风中捕获的风功率可以用式(2-2)表示。其中风能利用系数可采用如下经验公式[56]：{(,)=0.22(1160.45)12.51=1+0.080.0353+1(2-4)如前文所述，我们为了风力机尽可能多吸收风能，来确保转化回馈当前风速下的最大功率，总是保持桨距角为零度不变。根据式(2-4)可得当β=0°时风力机功率特性曲线如图2-3所示。图2-3桨距角为°时的—曲线此时仅与λ相关，存在某一个特定的叶尖速比使风能利用系数取值最大，最大化吸收风能，我们称为最佳叶尖速比。不同风速对应不同的风机的最佳转速Ω=(2-5)
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合叶尖速比法与三点比较法的风力发电机最大功率点跟踪控制策略研究[J]. 张晴晴. 电力学报. 2019(06)
[2]双馈风力发电系统变流器的研究与设计[J]. 翟进乾. 计算技术与自动化. 2019(03)
[3]杜祥琬：东部带头 推动中国能源转型[J]. 肖琳芬. 高科技与产业化. 2019(09)
[4]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[5]基于Matlab的双馈风电机组的建模与仿真[J]. 陈楠,郭欣欣. 现代制造技术与装备. 2019(06)
[6]低功率双馈风力发电系统MPPT控制及仿真[J]. 张瑞成,何丹阳. 机械设计与制造. 2019(S1)
[7]美国可再生能源发展现状和经验分析[J]. 邱丽静. 能源研究与利用. 2019(01)
[8]双馈风力发电系统矢量控制研究[J]. 许湖江. 上海电气技术. 2017(04)
[9]世界风电政策的分类及其具体措施研究[J]. 吴忠群,李佳,田光宁. 华北电力大学学报(社会科学版). 2017(06)
[10]基于分区变步长爬山法的双馈风机MPPT控制策略[J]. 张阁,杨艺云,肖静,高立克,肖园园. 电气传动. 2016(11)
博士论文
[1]双馈风电系统的控制方法研究[D]. 杨晨星.北京科技大学 2019
[2]大惯量风力发电系统全风况优化控制研究[D]. 孟洪民.华北电力大学(北京) 2018
[3]双馈风力发电系统控制策略研究[D]. 赵梅花.上海大学 2014
[4]风电场风电功率短期预报技术研究[D]. 孙川永.兰州大学 2009
硕士论文
[1]双馈风力发电系统模糊PI空载并网和最大风能追踪研究[D]. 刘健.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于LabVIEW的双馈风力发电机的建模与仿真[D]. 张冬冬.长春工业大学 2019
[3]双馈风力发电系统的建模与分析[D]. 朱迪.浙江工业大学 2019
[4]小型风力发电模拟平台研制[D]. 张麟.扬州大学 2018
[5]变速恒频双馈式风力发电系统最大风能捕获策略研究[D]. 杨永伟.辽宁工程技术大学 2018
[6]无刷双馈风力发电机最大风能追踪控制系统研究[D]. 高炳春.湘潭大学 2018
[7]变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究[D]. 张藤瀚.沈阳工业大学 2018
[8]双馈型风电机组的统一建模方法研究[D]. 高熠莹.哈尔滨工业大学 2018
[9]全功率变频风力发电机组惯性响应控制研究[D]. 季圣杰.上海电机学院 2018
[10]风力机特性模拟技术的研究[D]. 谢金平.温州大学 2018
本文编号：3393703
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统结构
大惯量双馈风力发电系统最大功率跟踪策略优化2——风流过截面S的平均速度，；R——风力机叶片半径，。风能利用系数表示风力机将风的动能吸收并以机械能的形式向后传递的效率，风力机可以从大自然的风中捕获的机械功率可表示为：==1223(2-2)叶尖速比常用来描述风力机的风电特性，无量纲，是风轮最外端，也就是叶尖的线速度与风速的比值，定义如下：λ=RΩ(2-3)式中，Ω——风机叶片旋转的角速度，。根据式(2-2)可知，在空气密度和叶片迎风过流面积不变的情况下，对恒定风速，系统吸收的能量与风能利用系数成正相关。对于一台特定的风力机而言，都可以用特定的函数(,)表示，如图2-2所示，是不同桨距角下的有相似变化规律的曲线簇。图2-2不同桨距角下的风能利用系数曲线簇由图2-2可知，在同一桨距角β下，利用效率仅与叶尖速比λ相关，有且仅有一个最佳值使风机达到最大风能利用系数。可以发现，不同桨距角下的最大风能吸收效率值也不一样，桨距角为0°时可达最大，也就是能
大惯量双馈风力发电系统最大功率跟踪策略优化3从自然中获取的最大风能最多，所以为了尽可能多吸收风功率，总是首先保持风轮迎风桨距角为零度，来保持最大风能跟踪。2.3风力机模型根据空气动力学理论，风轮叶片迎风转动，从风中捕获的风功率可以用式(2-2)表示。其中风能利用系数可采用如下经验公式[56]：{(,)=0.22(1160.45)12.51=1+0.080.0353+1(2-4)如前文所述，我们为了风力机尽可能多吸收风能，来确保转化回馈当前风速下的最大功率，总是保持桨距角为零度不变。根据式(2-4)可得当β=0°时风力机功率特性曲线如图2-3所示。图2-3桨距角为°时的—曲线此时仅与λ相关，存在某一个特定的叶尖速比使风能利用系数取值最大，最大化吸收风能，我们称为最佳叶尖速比。不同风速对应不同的风机的最佳转速Ω=(2-5)
【参考文献】：
期刊论文
[1]结合叶尖速比法与三点比较法的风力发电机最大功率点跟踪控制策略研究[J]. 张晴晴. 电力学报. 2019(06)
[2]双馈风力发电系统变流器的研究与设计[J]. 翟进乾. 计算技术与自动化. 2019(03)
[3]杜祥琬：东部带头 推动中国能源转型[J]. 肖琳芬. 高科技与产业化. 2019(09)
[4]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[5]基于Matlab的双馈风电机组的建模与仿真[J]. 陈楠,郭欣欣. 现代制造技术与装备. 2019(06)
[6]低功率双馈风力发电系统MPPT控制及仿真[J]. 张瑞成,何丹阳. 机械设计与制造. 2019(S1)
[7]美国可再生能源发展现状和经验分析[J]. 邱丽静. 能源研究与利用. 2019(01)
[8]双馈风力发电系统矢量控制研究[J]. 许湖江. 上海电气技术. 2017(04)
[9]世界风电政策的分类及其具体措施研究[J]. 吴忠群,李佳,田光宁. 华北电力大学学报(社会科学版). 2017(06)
[10]基于分区变步长爬山法的双馈风机MPPT控制策略[J]. 张阁,杨艺云,肖静,高立克,肖园园. 电气传动. 2016(11)
博士论文
[1]双馈风电系统的控制方法研究[D]. 杨晨星.北京科技大学 2019
[2]大惯量风力发电系统全风况优化控制研究[D]. 孟洪民.华北电力大学(北京) 2018
[3]双馈风力发电系统控制策略研究[D]. 赵梅花.上海大学 2014
[4]风电场风电功率短期预报技术研究[D]. 孙川永.兰州大学 2009
硕士论文
[1]双馈风力发电系统模糊PI空载并网和最大风能追踪研究[D]. 刘健.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于LabVIEW的双馈风力发电机的建模与仿真[D]. 张冬冬.长春工业大学 2019
[3]双馈风力发电系统的建模与分析[D]. 朱迪.浙江工业大学 2019
[4]小型风力发电模拟平台研制[D]. 张麟.扬州大学 2018
[5]变速恒频双馈式风力发电系统最大风能捕获策略研究[D]. 杨永伟.辽宁工程技术大学 2018
[6]无刷双馈风力发电机最大风能追踪控制系统研究[D]. 高炳春.湘潭大学 2018
[7]变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究[D]. 张藤瀚.沈阳工业大学 2018
[8]双馈型风电机组的统一建模方法研究[D]. 高熠莹.哈尔滨工业大学 2018
[9]全功率变频风力发电机组惯性响应控制研究[D]. 季圣杰.上海电机学院 2018
[10]风力机特性模拟技术的研究[D]. 谢金平.温州大学 2018
本文编号：3393703
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