双馈风力发电机并网控制策略研究

发布时间：2017-07-26 06:01

  本文关键词：双馈风力发电机并网控制策略研究

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【摘要】：本论文主要针对双馈风力发电机并网控制策略进行研究,使发电机定子电压在并网前迅速达到并网要求,消除并网瞬间系统扰动,并使机组有一定抗扰能力。本文为改善双馈风力发电机并网控制策略,做了如下工作:1)介绍了双馈风力发电机的基本原理,并分析了DFIG等效电路和当风机处于超同步或者亚同步运行时的能量流动情况,通过双馈风力发电机的数学模型建立状态方程式,引入3s/2s以及2s/2r变化来简化高阶、强耦合、非线性的数学模型。2)通过对双馈式发电机数学模型的推演以及发电机并网前后数学模型的分析,不仅得出电机参数变动对系统稳态的影响,而且分析出DFIG在并网前后系统结构并没有改变,仅是在原先系统上增加了较大扰动,这一扰动使得系统在并网瞬间产生不利影响。为此设计滑模变结构控制系统,并利用李雅普诺夫进行稳定性证明。为了消除滑模变结构系统抖振问题,引入扩张状态观测器。经matlab/simulink仿真结果表明:在理想模型工况下,传统PI控制策略定子电压在0.2s左右跟踪上电网电压且跟踪误差约为20V,而本文所设计的基于扩张状态观测器滑模变结构控制策略定子电压在0.06s左右时就能跟踪上电网电压,且其定子电压跟踪电网电压的误差约为16V左右,且在0.5s并网瞬间采用本文所设计的控制算法几乎实现了风电系统电流无冲击并网。当双馈式感应发电机中电阻参数增大60%,互感减小5%,模型其它参数保持不变时,采用传统PI控制策略,其定子A相电压在0.2秒跟踪上电网A相电压,其跟踪误差约为34V。而采用本文所设计的控制策略,其定子A相电压在0.07秒跟踪上电网A相电压,其跟踪误差约为25.5V。经验证表明,相比于传统PI控制策略,基于扩张状态观测器滑模变结构控制策略不仅缩短了系统调节时间,使系统更快的进入稳态,而且消除了并网瞬间系统突加的扰动,使得DFIG实现无冲击并网。即使在电机参数变动情况下,基于扩张状态观测器滑模变结构控制策略也有较强的鲁棒性。3)根据网侧变流器数学模型,提出了双馈风力发电并网网侧变流器电流内环的BP神经网络自整定PI控制及电压外环PI控制的复合控制策略。仿真结果表明:直流母线电压在BP神经网络整定的PI控制策略下在0.07秒就达到稳定,而在常规PI控制方法下,电压在0.09秒才达到稳定,且超调量较大。在0.5s负载变化工况下,有功功率在神经网络自整定PI控制策略下能更快的跟踪给定功率。经验证表明,BP神经网络自整定的PI控制,能缩短调节时间,增强系统稳定性。
【关键词】：双馈风力发电机 状态观测器 滑模变结构控制 BP神经网络自整定PI控制
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9
• 1.2 国内外风力发电现状9-10
• 1.3 我国风电发展存在的问题10-11
• 1.4 风力发电系统的分类11-12
• 1.5 双馈式感应发电机的控制策略12-14
• 1.5.1 转子侧变流器的控制方法12-13
• 1.5.2 网侧变流器的控制策略方法13-14
• 1.6 论文的主要工作14-15
• 2 双馈式感应发电机的基本原理15-25
• 2.1 DFIG结构和变速恒频运行原理15-16
• 2.2 三相静止坐标下DFIG的数学模型16-19
• 2.3 两相同步旋转坐标系下DFIG的数学模型19-22
• 2.4 双馈式感应发电机的并网控制22-23
• 2.5 本章小结23-25
• 3 双馈式感应发电机并网转子侧控制策略25-51
• 3.1 滑模变结构控制25-28
• 3.1.1 滑模变结构控制数学描述25-26
• 3.1.2 滑模变结构控制系统设计26-28
• 3.2 扩张状态观测器28-32
• 3.2.1 状态观测器28-30
• 3.2.2 扩张状态观测器30-32
• 3.3 DFIG并网运行状态分析32-34
• 3.4 DFIG并网基于扩张状态观测器积分滑模变结构控制器设计34-37
• 3.4.1 等效控制器设计35
• 3.4.2 切换控制器设计35-36
• 3.4.3 系统扰动观测36-37
• 3.5 双馈式感应发电机并网转子侧仿真结果分析37-50
• 3.5.1 理想条件下DFIG空载并网仿真分析38-47
• 3.5.2 参数变化下DFIG空载并网仿真分析47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 双馈式感应发电机并网网侧变流器控制策略51-63
• 4.1 DFIG网侧变流器数学模型分析51-52
• 4.2 DFIG网侧变流器控制策略52-60
• 4.2.1 功率环控制策略设计52-55
• 4.2.2 电压环控制策略设计55-60
• 4.3 本章小结60-63
• 5 结论与展望63-65
• 5.1 结论63
• 5.2 展望63-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-71

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本文编号：574960