基于多模型预测的风电机组变桨距控制

发布时间：2017-06-26 21:12

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【摘要】：随着风电机组容量的增加,风力发电在电力能源中所占比例也都不断增加。大多数电气设备要求有固定频率的电源,电力控制要求减少风力发电并网时的不利影响,这些因素都需要使用主动控制的风电机组。目前大型风电机组普遍采用变速变桨距控制技术。该类型的机组可以增加能量的捕获、灵活的改善电能质量,缓解传动系统及塔架上的载荷来延长使用年限,这在很大程度上弥补了变速变桨距风电机组结构复杂,初始投资高的劣势。本文在分析空气动力学理论、变桨控制原理以及风力发电机组各组成部分工作原理的基础上,分别使用MATLAB以及BLADED两种软件对整个风力发电系统建立仿真模型。针对变桨距控制系统设计了传统PI控制器、简单模型预测控制器和多模型预测控制器,并在不同的风况下进行仿真。仿真结果表明,尽管PI控制器具有结构简单、稳定性好、可靠性高的优点,但这种方法过分依赖于控制对象的模型参数,鲁棒性差、超调量大等缺点;与传统PI控制器相比,模型预测控制器具有较好的稳定性和动态特性,尤其是在系统的数学模型不确定的情况下更是如此。而相对简单模型预测控制器,多模型预测控制器则能更好的解决风电机组非线性、风速变化大等因素对仿真效果的影响。
【关键词】：风电机组 变桨控制 PI控制器 模型预测控制 多模型
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究状况10-11
• 1.2.1 世界风电发展概况10-11
• 1.2.2 国内风电发展概况11
• 1.3 风力发电机组的主要控制方法及调节方式11-12
• 1.3.1 定桨距控制11
• 1.3.2 变桨距控制11-12
• 1.4 变桨距控制系统的控制策略12-13
• 1.5 本文主要研究内容13-15
• 第2章 风电机组建模与变桨距控制原理15-27
• 2.1 空气动力学理论15-19
• 2.1.1 叶素理论15-16
• 2.1.2 风能计算16-17
• 2.1.3 贝兹理论和风能利用系数17-19
• 2.2 变桨距控制19-21
• 2.2.1 变桨距基本原理19-20
• 2.2.2 变桨距风电机组的运行状态20-21
• 2.3 风力发电系统模型的建立21-25
• 2.3.1 风速模型21-23
• 2.3.2 风力机模型23-24
• 2.3.3 传动模型24
• 2.3.4 发电机模型24-25
• 2.4 应用BLADED进行风力发电机组模型线性化25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 风电机组模型预测变桨距控制原理与应用27-40
• 3.1 模型预测控制三要素27-29
• 3.1.1 预测模型27
• 3.1.2 滚动优化27-28
• 3.1.3 反馈校正28-29
• 3.2 基于状态空间模型的模型预测控制29-35
• 3.2.1 状态空间预测模型29-32
• 3.2.2 滚动优化32-35
• 3.3 模型预测控制与传统PID控制仿真对比35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于多模型预测的风力发电机组变桨距控制40-52
• 4.1 多模型控制算法的基本原理及实现步骤40-41
• 4.2 常用的几种多模型控制方法41-42
• 4.3 多模型的调度策略42-43
• 4.4 多模型预测控制43-45
• 4.4.1 多模型预测控制分类43-45
• 4.4.2 多模型预测控制的优点及存在的问题45
• 4.5 风电机组多模型预测控制与仿真45-51
• 4.5.1 风电机组多模型建立46
• 4.5.2 SIMULINK模型控制系统建立46-47
• 4.5.3 SIMULINK多模型控制系统建立47-51
• 4.5.4 控制结果分析51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果57-58
• 致谢58

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本文编号：487609