大型风力发电系统最大功率追踪优化与控制研究

发布时间：2017-09-23 07:39

  本文关键词：大型风力发电系统最大功率追踪优化与控制研究

  更多相关文章： 风力发电 最优增益 最大风功率点跟踪 兆瓦级风电机组 建模仿真

【摘要】：随着化石能源引发的环境污染日益严重、且其本身储量逐渐走向枯竭,可再生能源受到全球高度重视。延续传统的能源生产与消费方式已不能适应经济社会发展的要求,一场新的能源革命已势在必行。风能作为一种清洁能源,具有资源丰富、建厂成本低、无污染、全球可行、操作过程中不产生温室气体排放的优点,作为一种最有前景的可再生能源获得越来越多的关注。然而,随着风机制造技术的进步,大型风机转动惯量的不断增加,大大提高了风机控制难度,进而风能捕获效率降低。因此,为适应大型风机转动惯量大的特点,改进传统风力发电系统的风能捕获控制方法,提高风能利用效率,具有重要意义。文章首先介绍了国内外经典最大风功率点追踪策略,分析了其原理及优缺点。随后通过搭建仿真模型,对不同经典控制策略的控制性能进行对比分析,总结了几种经典控制策略存在问题。根据该问题,本文重点介绍和研究了爬山算法控制策略,针对传统爬山算法存在的控制问题,提出一种改进的爬山算法控制策略。受风机大转动惯量影响,传统爬山算法跟踪快速变风速能力较差,动态特性欠佳。且在功率最大点附近存在小幅度震荡问题,增加了风机的机械载荷。同时,风速快速变化条件下搜索方向易出现错误,这将严重影响控制性能。改进的爬山算法通过引入最优增益,能够克服风机大转动惯量影响,自适应调整搜索步长,以快速跟踪风速。采用梯度估计的方法确定变步长系数,提高了搜索效率和精确性。增加稳态工况点判定模块,同传统的算法相比在达到最大功率点附近时,能减少微小扰动带来的不必要机械载荷,延长设备使用寿命。仿真对比结果验证了该方法的有效性。此外,由于该方法免除风速测量,算法编程简单,具有较高的工程应用价值。
【关键词】：风力发电 最优增益 最大风功率点跟踪 兆瓦级风电机组 建模仿真
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外风力发电现状与发展形势10-15
• 1.2.1 国外风力发电现状10-11
• 1.2.2 国内风力发电现状11-12
• 1.2.3 风力发电技术研究现状12-14
• 1.2.4 最大风功率跟踪控制研究现状14-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第2章 变速风力发电系统与控制原理17-28
• 2.1 风力机特性17-20
• 2.1.1 叶片空气动力学特性17
• 2.1.2 贝兹理论17-19
• 2.1.3 最优叶尖速比19-20
• 2.2 风力发电机组结构和原理20-23
• 2.3 风力发电系统数学模型23-27
• 2.3.1 风速模型23-24
• 2.3.2 风力机数学模型24-25
• 2.3.3 传动系统模型25-26
• 2.3.4 发电机数学模型26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 变速风力发电机组最大风功率追踪策略28-37
• 3.1 最大风功率追踪的机理28-29
• 3.2 最佳叶尖速比算法(TSR)29-30
• 3.3 功率信号反馈算法(PSF)30-31
• 3.4 最优转矩算法(OT)31-33
• 3.5 控制性能仿真对比分析33-36
• 3.5.1 变风速条件下的系统响应33-36
• 3.5.2 控制性能对比分析36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4 改进爬山算法控制原理和策略37-48
• 4.1 爬山算法原理37-38
• 4.2 传统爬山算法和存在的问题38-39
• 4.2.1 跟踪速度和最大点震荡问题38
• 4.2.2 在风速变化时扰动方向和跟踪能力38-39
• 4.3 改进爬山算法39-43
• 4.3.1 算法数学推导和参数确定39-40
• 4.3.2 机械功率估计和梯度变步长系数40-42
• 4.3.3 稳态工况点判定42-43
• 4.4 仿真验证43-48
• 4.4.1 阶跃风速44-45
• 4.4.2 随机风速45-48
• 第5章 结论与展望48-50
• 5.1 论文成果总结48
• 5.2 研究方向展望48-50
• 参考文献50-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果55-56
• 致谢56

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;瑞典研制出新型风力发电系统[J];应用科技;2000年07期

2 ;大型风力发电系统的两项关键技术通过专家验收[J];电力系统自动化;2001年10期

3 ;瑞典研制出新型风力发电系统[J];东北电力技术;2001年11期

4 ;瑞典研制出新型风力发电系统[J];中小型电机;2002年06期

5 ;瑞典研制出新型风力发电系统[J];福建电力与电工;2002年01期

6 ;一种新型风力发电系统[J];电力建设;2003年05期

7 姜东琳;瑞士研制出新型风力发电系统[J];西北水电;2003年02期

8 ;瑞士研制出新型风力发电系统[J];水利水电工程设计;2003年03期

9 李德孚;户用小型风力发电系统现状与发展(下)[J];节能与环保;2005年07期

10 张建辉;许莹莹;;离网小型风力发电系统的研究[J];华东电力;2008年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李响;;浅析风力发电系统雷电综合防护[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年

2 田德;王海宽;陈松利;辛海升;韩巧丽;;浓缩风能型风力发电系统的理论与实验验证[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年

3 赵福盛;;小型风力发电系统[A];中国农业机械工业协会风能设备分会中小型风能设备与应用2013年度论文集（上）[C];2013年

4 李维华;曹仁贤;;变速风力发电系统逆变器的研究[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年

5 任丽娜;刘福才;焦晓红;;基于状态观测器的风力发电系统无速度传感器控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

6 赵福盛;;小型风力发电系统(三)[A];中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2013年第4期）[C];2013年

7 杨国良;李惠光;;多分辨率小波分析在风力发电系统谐波检测中的应用[A];第九届全国电技术节能学术会议论文集[C];2007年

8 段琰璞;李和明;;风力发电系统中无刷双馈发电机的仿真研究[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集（下册）[C];2008年

9 姚修伟;;推广应用中小型风力发电系统 促进经济增长环境友好双重发展[A];中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2014年第2期）[C];2014年

10 赵福盛;;小型风力发电系统(二)[A];中国农机工业协会风能设备分会《中小型风能设备与应用》（2013年第3期）[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前8条

1 记者 王庆华;张利平与斯维奇风力发电系统(北京)有限公司高管座谈[N];赤峰日报;2009年

2 日商;日本家用发电系统日渐流行[N];国际商报;2003年

3 李斌;科研人员研制出纳米薄膜风力发电系统[N];中国能源报;2013年

4 时报记者 张天源 林翊 林佳 陈金羽 见习记者 万中伟;聚焦6.18省工商联展馆[N];福建工商时报;2008年

5 潘勤勇　杨世朋 吴志杰;70岁老人自制“风力发电机”[N];温州日报;2011年

6 记者 程连红;“明年的订单都接满了”[N];深圳商报;2009年

7 卞松林邋记者 封葑;微风发电项目落户铁西[N];沈阳日报;2007年

8 记者 陈珊;浙江移动试点风能基站[N];人民邮电;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 胡阳;基于T-S模糊线性化的风力发电系统增益调度控制研究[D];华北电力大学;2015年

2 齐志远;小型风力发电系统能量管理集成控制的研究[D];内蒙古工业大学;2009年

3 宋平岗;变速风力发电系统变流与优化控制研究[D];西南交通大学;2007年

4 胡雪松;直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略的研究与控制系统设计[D];重庆大学;2010年

5 王志强;直驱式永磁风力发电系统多重化功率变换器运行控制[D];天津大学;2012年

6 施凯;定子双绕组感应风力发电系统的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

7 周宏林;大容量双馈式风力发电系统并网关键问题研究[D];清华大学;2011年

8 孙春顺;风力发电系统运行与控制方法研究[D];湖南大学;2008年

9 陈杰;变速定桨风力发电系统控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

10 李军军;并网型风力发电系统的小扰动稳定性分析研究[D];湖南大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙玉龙;基于混合储能的小型风力发电系统能量管理研究[D];山东建筑大学;2015年

2 邱昊;直驱式永磁同步风力发电系统低电压穿越技术研究[D];西南交通大学;2015年

3 齐书康;基于逆系统方法的永磁同步风力发电系统非线性控制研究[D];郑州大学;2015年

4 陈家海;基于大电感永磁发电机的小型风力发电系统研究[D];大连海事大学;2016年

5 胡雪琳;风电蓄热供暖系统控制技术的研究[D];太原科技大学;2015年

6 郭浩;风力发电系统与储能装置协调控制研究[D];东南大学;2015年

7 秦洋;基于马尔可夫过程的风力发电系统可靠性分析与检修优化研究[D];上海电机学院;2016年

8 曾维炎;永磁同步风力发电系统低电压穿越研究[D];上海电机学院;2016年

9 方泽钦;基于可变频变压器的风力发电系统低电压穿越控制[D];广东工业大学;2016年

10 侯兆云;双馈型风力发电系统最大风能捕获控制研究[D];燕山大学;2016年

，

本文编号：904035