风电场有功功率控制方法研究

发布时间：2017-05-17 05:08

  本文关键词：风电场有功功率控制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今能源和环境问题日益突出,化石能源的过度消耗,不仅使资源枯竭,也给全球环境带来严重污染。风能作为极具开发价值和技术相对成熟的一种可再生能源,越来越受到人们重视。但是随着风电并网规模越来越大,风能自身随机性、间歇性、波动性的缺陷对电网的稳定和安全运行带来挑战,因此我们越来越期望使风电场有功功率像常规电厂那样得到控制。本文主要针对风电场的有功功率控制方法展开相关研究,为研究风电场有功功率的控制方法本文主要开展以下内容的工作。针对风机自身的有功功率控制问题,本文建立了风速、风机叶轮、风电机组传动链及风机发电机的模型,并对风电机组的控制问题进行了详细分析。结合传统的最大功率跟踪策略,提出给予转速跟踪的恒定有功功率控制方法。本文采用鲁棒自适应的方法分别设计了基于转矩控制和电流控制的转速跟踪控制器,并用Lyapunov函数对控制器稳定性进行了证明,通过Matlab仿真验证算法的有效性。针对风电场的有功功率控制问题,本文建立了风电场的基本模型,然后基于对风能的短期预测,再依据有功功率指令值和实际值,产生不同的风电场层有功功率控制策略,进而对风电场中的风机采取不同的控制模式。还在相关的控制策略下建立有功功率优化分配模型,以最小化风电场输出功率与期望功率的差和风机启停变化次数为优化目标,该多目标优化问题通过遗传算法来求解。最后通过仿真验证了本文提出的有功功率控制方法的可行性,而且同常规控制方法相比,该方法不仅使风电场有功输出更有效地跟踪功率指令值,同时还能有效避免风电机组的不断启停带来的机械损耗,从而可知本文提出的风电场有功功率控制方法的控制效果明显优于常规控制方法。
【关键词】：风电场有功功率控制 风机模型 转速跟踪 鲁棒自适应控制 优化分配 遗传算法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 前言10
• 1.2 课题背景及意义10-12
• 1.3 风力发电技术研究现状12-14
• 1.3.1 风电机组有功功率控制研究现状12-13
• 1.3.2 风电场有功功率控制研究现状13-14
• 1.4 本文研究内容及主要工作14-15
• 2 风电场有功功率控制相关模型及分析15-27
• 2.1 风速模型15-18
• 2.1.1 基本风15
• 2.1.2 阵风15-16
• 2.1.3 渐变风16
• 2.1.4 随机风16
• 2.1.5 风能预测16-18
• 2.2 风电机组模型18-26
• 2.2.1 风机动力学模型18-21
• 2.2.2 风机发电机的电磁模型21-23
• 2.2.3 风机发电机定子磁链定向矢量控制分析23-25
• 2.2.4 风电机组运行机理分析25-26
• 2.3 风电场模型26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 风电机组有功功率控制27-41
• 3.1 最大功率跟踪控制27-30
• 3.1.1 最优叶尖速比法28
• 3.1.2 最佳功率-转速曲线法28-29
• 3.1.3 爬山搜索算法29-30
• 3.2 恒定功率控制30-32
• 3.3 变桨控制32-34
• 3.3.1 变桨模块32-33
• 3.3.2 风机变桨控制33-34
• 3.4 转速跟踪控制34-40
• 3.4.1 转速跟踪控制基本原理34-35
• 3.4.2 传统转速跟踪控制器设计35-36
• 3.4.3 基于转矩控制的鲁棒自适应转速跟踪控制器设计36-38
• 3.4.4 基于电流控制的鲁棒自适应转速跟踪控制器设计38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 风电场有功功率控制41-50
• 4.1 风电场有功功率控制综合分析41-43
• 4.1.1 风电场有功功率控制基本要求41-42
• 4.1.2 风电场有功功率控制模式42
• 4.1.3 风电场有功功率控制系统42-43
• 4.2 风电场有功功率控制策略43-44
• 4.3 风电场有功功率优化分配控制方法44-48
• 4.3.1 风电场有功功率优化分配模型44-46
• 4.3.2 风电场有功功率优化分配模型求解46-48
• 4.3.3 风电场有功功率分配补偿策略48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 仿真与分析50-67
• 5.1 仿真软件简介50-51
• 5.2 算例仿真及分析51-66
• 5.2.1 风速模型仿真51-52
• 5.2.2 风机模型及最大功率跟踪仿真52-53
• 5.2.3 风电机组运行控制算例仿真53-61
• 5.2.4 风电场有功功率优化分配控制算例仿真61-66
• 5.3 本章小结66-67
• 6 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果72-74
• 学位论文数据集74

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1 张晓杰;风电场有功功率控制方法研究[D];北京交通大学;2016年

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本文编号：372597