风力发电机系统最大风能追踪控制问题研究

发布时间：2017-09-10 04:43

  本文关键词：风力发电机系统最大风能追踪控制问题研究

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【摘要】：现代风力发电技术是涉及空气动力学、机械传动、电机、自动控制、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源,风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。好的控制方法可以提高机组的运行稳定性与可靠性以及最大程度地利用风能。如今,对变速恒频风力发电机最大风能追踪控制技术的研究已经成为炙手可热的研究方向。论文首先对国内外风力发电技术现状以及发展方向进行了深入的调研,指出了风力发电机组控制技术研究的重要性和必要性,研究了如今存在比较广泛的变速恒频发电实现方案。由于双馈异步电机系统的结构比较简单,而且易于控制,而成为目前应用最为广泛、研究最多的变速风力发电系统。论文对双馈异步电机的数学模型进行了论述,并对其运行过程中的功率流动关系进行了研究,为最大风能追踪控制研究奠定了理论基础。本文分析并比较了目前存在的最大风能追踪控制策略,论文中选用了叶尖速比控制算法。在最佳叶尖速比和风力机功率特性曲线已知的情况下,先测出风力机的转速,再根据最佳叶尖速比条件下的最大功率曲线,计算出其对应的最大输出功率,并作为风力机的输出功率给定值对风力机的转速进行控制,以实现对最大功率点的捕获。基于电机具有矢量控制技术,提出了基于定子磁链定向的双馈异步电机矢量控制技术,并将该方法用于最大风能追踪控制的具体实现。该策略因无需检测风速,而且算法简单,所以具有很好的可行性。论文中控制策略采用的是PI控制,PI控制是比较经典的控制策略,其适用于具有大惯性,大滞后特性的被控对象,应用在风力发电机最大风能追踪控制系统中,可以起到减小风速的扰动对风力发电机动态性能影响的作用。本次研究中,利用Matlab/Simulink建立了风力机的模型,以及实现最大风能追踪控制的矢量控制系统模型。对变速恒频风力发电系统的最大风能追踪控制进行了风速突变时的动态仿真研究,通过仿真实验,得出的参考值,验证了控制系统模型的合理性。
【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 最大风能追踪 仿真研究
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景和意义11
• 1.2 风力发电的现状和发展趋势11-15
• 1.2.1 国外风力发电的发展现状11-13
• 1.2.2 国内风力发电的发展现状13-14
• 1.2.3 风力发电的趋势14-15
• 1.3 变速恒频技术15
• 1.3.1 恒速恒频风力发电技术15
• 1.3.2 变速恒频风力发电技术15
• 1.4 风力发电机组的控制特点15-16
• 1.5 最大风能追踪控制技术16-17
• 1.6 风力发电仿真技术17-18
• 1.7 课题的研究内容18-21
• 第二章 风力发电机的工作原理及其性能分析21-27
• 2.1 引言21
• 2.2 变速恒频风力发电技术21-26
• 2.2.1 双馈异步发电机的基本原理21-22
• 2.2.2 双馈异步发电机的数学模型22-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 双馈异步发电机的等值电路和功率计算27-33
• 3.1 等值电路分析27-29
• 3.2 功率分析计算29-31
• 3.3 功率平衡关系31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 最大风能追踪控制策略研究33-47
• 4.1 风力机运行特性33-35
• 4.2 最大风能追踪控制策略35-41
• 4.2.1 变速风力发电机组总体控制策略35-38
• 4.2.2 最大风能追踪算法研究38
• 4.2.3 控制方法研究38-39
• 4.2.4 控制器的设计39-41
• 4.3 最大风能追踪控制策略实现41-45
• 4.3.1 变速恒频发电机的控制策略41-42
• 4.3.2 发电机矢量控制42-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 风力发电机最大风能追踪控制系统的仿真研究47-57
• 5.1 建立仿真模型47-50
• 5.1.1 风力机模型的仿真47
• 5.1.2 发电机模型的仿真47-49
• 5.1.3 最大风能追踪控制模块的设计49-50
• 5.2 仿真结果50-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 结论57-59
• 参考文献59-61
• 作者简介61
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文61-63
• 致谢63

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本文编号：824808