直驱永磁同步风力发电系统的模糊自适应控制策略

发布时间：2017-08-01 05:29

  本文关键词：直驱永磁同步风力发电系统的模糊自适应控制策略

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【摘要】：风力发电是可再生能源发电的重要组成部分,大力发展风电有益于能源结构调整和可持续发展战略。本文主要以直驱永磁同步(drive permanent magnet synchronous generation,PMSG)风力发电系统为研究对象,重点研究了PMSG的非线性控制策略和无功功率补偿控制策略。建立了风速和PMSG系统的数学模型,通过仿真模型研究了风速和风力涡轮机的工作特性,分析了风电机组在不同运行阶段的运行特点。根据网侧和机侧变流器的不同控制目标研究了两者的控制策略,通过典型I型和II型系统对外环和内环的PI调节器参数进行设计。通过仿真软件对电压参考值和负载阶跃变化情况下网侧变换器独立运行、不同风速情况下的风力发电系统运行进行了仿真研究。为了克服线性PI控制器的不足,提出了模糊自适应PI控制策略,分析了模糊控制基本原理和基本结构,给出了论域、隶属度函数以及模糊规则表的选取原则,通过与采用传统PI控制器的仿真结果进行对比分析验证了有效性。当网侧无功功率需求超出PMSG系统提供范围时,需要采用无功补偿装置改善并网功率因数,提高PCC电压稳定性。针对这一问题,提出了采用SVG无功补偿装置,给出了无功补偿基本原理和控制策略,通过仿真软件建立了仿真模型,对接入SVG前后的仿真结果进行对比分析。搭建了额定功率为500W的硬件实验平台,通过TMS320F2812 DSP实现控制算法,在CCS编译环境采用C语言编写了模糊自适应PI控制和线性PI控制的实验程序,对风电场1.5MW机组和实验室500W系统进行了实验研究,通过Matlab软件对实验数据进行分析,实验结果表明模糊自适应PI控制具有更好的动态性能。
【关键词】：PMSG 模糊自适应PI控制 SVG 数学建模 最大功率跟踪
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及其研究意义9-11
• 1.1.1 国内外风电发展现状9-11
• 1.2 直驱永磁风电机组的研究现状11-16
• 1.2.1 拓扑结构11-13
• 1.2.2 控制策略13-16
• 1.2.2.1 网侧变流器的控制方法13-14
• 1.2.2.2 机侧变换器的控制策略14-16
• 1.3 静态无功补偿装置在风力发电系统应用的研究现状16-17
• 1.4 课题研究的主要内容17-19
• 第2章 直驱永磁同步风电机组的运行特性和数学建模19-39
• 2.1 风力涡轮机和风速的数学建模19-28
• 2.1.1 风速模型19-24
• 2.1.2 风力涡轮机的数学模型24-27
• 2.1.3 风力发电系统的运行区域27-28
• 2.2 PMSM的数学建模28-33
• 2.2.1 三相abc坐标系下的数学模型28-30
• 2.2.2 αβ 坐标系的数学模型30-31
• 2.2.3 dq坐标系下的数学模型31-33
• 2.3 全功率变流器的数学建模33-37
• 2.3.1 三相abc坐标系下的数学模型33-35
• 2.3.2 αβ 静止坐标系下的数学模型35-37
• 2.3.3 dq旋转坐标系下的数学模型37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 风力发电系统网侧变流器的控制策略39-57
• 3.1 控制策略的基本原理以及参数设计方法39-50
• 3.1.1 传统控制策略原理39-41
• 3.1.2 闭环参数设计41-44
• 3.1.2.1 电流内环参数设计41-43
• 3.1.2.2 电压外环参数设计43-44
• 3.1.3 空间矢量调制策略44-50
• 3.1.3.1 扇区判断45-47
• 3.1.3.2 矢量作用时间计算47-49
• 3.1.3.3 PWM波切换计算49-50
• 3.2 仿真研究50-55
• 3.2.1 负载突变情况下的仿真结果50-53
• 3.2.2 直流电压突变情况的仿真结果53-55
• 3.3 本章小结55-57
• 第4章 风力发电系统机侧变流器的控制策略57-75
• 4.1 最大功率跟踪控制策略57-62
• 4.1.1 基本原理57-58
• 4.1.2 补偿电压计算58-59
• 4.1.3 闭环参数设计59-62
• 4.1.3.1 电流内环参数设计59-61
• 4.1.3.2 转速外环参数设计61-62
• 4.2 仿真研究62-73
• 4.2.1 平均风速下的仿真结果63-65
• 4.2.2 平均风和渐变风速组合情况下的仿真结果65-68
• 4.2.3 平均风和阵风组合风速情况下的仿真结果68-71
• 4.2.4 平均风、阵风和渐变风速下的仿真结果71-73
• 4.3 本章小结73-75
• 第5章 模糊自适应PI控制与无功补偿控制策略75-95
• 5.1 模糊自适应PI控制策略75-81
• 5.1.1 模糊控制基本原理75-76
• 5.1.2 模糊控制器设计流程76-78
• 5.1.3 提出的模糊自适应PI控制策略78-81
• 5.2 模糊自适应PI控制的仿真研究81-84
• 5.2.1 平均风情况下的仿真结果81-82
• 5.2.2 平均风和阵风组合情况下的仿真结果82-83
• 5.2.3 平均风和渐变风组合情况下的仿真结果83-84
• 5.2.4 平均风，阵风和渐变风组合风速情况下的仿真结果84
• 5.3 无功补偿策略84-93
• 5.3.1 SVG的工作原理85-86
• 5.3.2 SVG的控制策略86-88
• 5.3.3 仿真研究88-93
• 5.4 本章小结93-95
• 第6章 系统硬件平台与实验验证95-113
• 6.1 硬件实验平台95-96
• 6.2 软件程序流程图96-98
• 6.3 实验研究98-111
• 6.3.1 风电场 1.5MW风力发电系统的实验结果98-104
• 6.3.2 实验室 500W风力发电系统的实验结果104-111
• 6.4 本章小结111-113
• 第7章 总结与展望113-115
• 7.1 全文总结113-114
• 7.2 展望114-115
• 参考文献115-121
• 致谢121-123
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果123

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