直驱式风电系统的建模仿真与优化控制研究

发布时间：2017-10-28 18:15

  本文关键词：直驱式风电系统的建模仿真与优化控制研究

  更多相关文章： 最大功率跟踪 粒子群优化算法 网侧逆变器 直驱式风电系统 复合控制器

【摘要】：随着全球不可再生性能源的过度开采与利用,一场传统能源危机正在悄然来临。风力发电具有无污染、风能可循环利用和技术发展较成熟等优点,正成为新能源领域发展中的一个重要方向。直驱式永磁同步风力发电系统采用变速恒频发电方式,有效地提升了风能利用效率。再加上其稳定性高,发电量大等优势,正成为风力发电研究中的热点。本文将以直驱式永磁同步风力发电系统的建模与仿真为主线,对最大功率追踪控制、网侧逆变器控制以及控制器参数优化等问题进行研究。文章跟据直驱式风电系统的运行特性,建立风力机、永磁同步发电机、电力电子变流器和直流环节的数学模型,并探讨了各部分的控制策略。在以上数学模型及控制策略基础之上建立直驱式永磁同步风力发电系统MATLAB/SIMULINK仿真模型,验证了该仿真模型的正确性以及各部分控制策略的有效性。针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制问题,以最佳叶尖速比法为依据,设计PID与反馈线性化复合控制器。复合控制器的仿真结果与反馈线性化控制器和传统PID控制器单独控制下的仿真结果相比,在低风速下复合控制器控制的风能利用系数和输出功率均高于反馈线性化控制器和传统PID控制器。在以上研究的基础上,针对复合控制器PID参数和网侧逆变器PI参数难以确定的问题,采用粒子群优化算法对复合控制器及网侧逆变器的各参数进行多目标寻优。将比例参数、积分参数、超调量和误差等所需寻优值输入粒子群算法程序中,得到的寻优参数值输入到控制系统并进行仿真。仿真结果表明,经粒子群优化算法寻优后的复合控制器对直驱式风电系统的最大功率追踪控制效果更佳,网侧逆变器的PI参数经寻优后能使直流母线电压更快达到稳定值,并网的电压与电流也很平稳。
【关键词】：最大功率跟踪 粒子群优化算法 网侧逆变器 直驱式风电系统 复合控制器
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 风力发电概述10-15
• 1.1.1 传统能源危机与可再生能源10-11
• 1.1.2 风力发电的现状11-13
• 1.1.3 常用风电机组的拓扑类型13-15
• 1.2 最大功率追踪控制与网侧逆变控制的研究现状15-17
• 1.2.1 最大功率追踪控制15-16
• 1.2.2 网侧逆变器控制16-17
• 1.3 课题的背景与研究的意义17-18
• 1.3.1 课题的背景17
• 1.3.2 课题的研究意义17-18
• 1.4 本课题研究的内容18-20
• 1.4.1 本文研究的主要内容18
• 1.4.2 全文结构18-20
• 第二章 直驱式风力发电系统的数学模型20-37
• 2.1 风力机的运行特性与数学模型20-27
• 2.1.1 贝茨（Betz）极限理论20-23
• 2.1.2 风力机的数学模型23-26
• 2.1.3 风力机的运行区间26-27
• 2.2 永磁同步发电机的数学模型27-32
• 2.2.1 坐标系变换28-29
• 2.2.2 同步发电机在abc坐标系中的数学模型29-31
• 2.2.3 同步发电机在dq坐标系中的数学模型31-32
• 2.3 电力电子变流器及其直流环节的数学模型32-36
• 2.3.1 网侧逆变器的数学模型32-35
• 2.3.2 直流环节数学模型35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 直驱式永磁同步风力发电系统的控制策略与仿真37-54
• 3.1 概述37-38
• 3.2 风速仿真38-40
• 3.3 风力机的控制与仿真40-43
• 3.3.1 桨距角控制40-41
• 3.3.2 风力机仿真41-43
• 3.4 永磁同步发电机的控制与仿真43-44
• 3.4.1 永磁同步发电机控制43-44
• 3.4.2 永磁同步发电机仿真44
• 3.5 变流器的控制与仿真44-50
• 3.5.1 空间脉冲宽度调制仿真44-47
• 3.5.2 机侧整流器控制47
• 3.5.3 机侧整流器仿真47-48
• 3.5.4 网侧整流器控制48-49
• 3.5.5 网侧整流器仿真49-50
• 3.6 仿真结果分析50-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 基于一种复合控制器的最大功率追踪控制54-64
• 4.1 常见的最大功率追踪方法54-57
• 4.1.1 基于最佳叶尖速度比的最大功率点跟踪控制54
• 4.1.2 基于风电机组功率反馈控制的最大功率点追踪54-56
• 4.1.3 基于爬山搜索法的最大功率点追踪56-57
• 4.2 反馈线性化与PID复合控制器的设计57-59
• 4.2.1 反馈线性化57
• 4.2.2 李导数变换57-59
• 4.2.3 复合控制器的结构59
• 4.3 复合控制器的仿真结果及分析59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 基于PSO优化MPPT及网侧逆变控制的仿真分析64-77
• 5.1 粒子群算法介绍64-68
• 5.1.1 粒子群优化算法的原理64-65
• 5.1.2 粒子群算法的多目标优化65-67
• 5.1.3 粒子群优化算法流程67-68
• 5.2 基于PSO优化的风力发电控制系统68-70
• 5.2.1 基于PSO优化的复合控制器最大功率追踪68-70
• 5.2.2 基于PSO优化的网侧逆变器控制70
• 5.3 仿真结果的比较与分析70-76
• 5.3.1 基于PSO优化复合控制器的最大功率追踪仿真分析71-73
• 5.3.2 基于PSO优化算法的网侧逆变器控制仿真分析73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 展望与总结77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-82
• 附录 硕士期间的科研与获奖情况82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张梅;何国庆;赵海翔;张靠社;;直驱式永磁同步风力发电机组的建模与仿真[J];中国电力;2008年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄庆新;风力发电并网逆变器的DSP控制系统研究[D];北京交通大学;2007年

，

本文编号：1109380