变速恒频双馈风电机组最大功率点追踪控制

【摘要】：在双馈式变速恒频风力发电系统中,控制系统是风电机组正常运行的关键,而控制技术也成为风电机组的关键技术,控制技术的好坏直接影响到风电机组的其他单元,其功能的完善程度、控制精度的准确度与机组的效率、安全有着密切的关系,而提高变速恒频风力发电效率的有效途径是在最佳转速下如何控制风力发电机组运行的研究,也就是研究最大功率点追踪的控制方法,可以最大限度的捕获风能。 文章首先对双馈式风力发电机组的基本结构和发电原理进行了分析,同时对不同风速变化下风力发电机组的功率控制方法进行了研究,接着研究风电机组在低于额定风速时的功率控制,根据风速在运行中变化的情况,使系统运行在最佳叶尖速比从而获得最大功率。目前,有许多风力发电机组在进行控制时需要知道风速信号,此信号由风速仪测得进而调节风轮转速,但是因为空气是时刻流动的,从而致使风轮表面上的风速具有很大的差别,而且受塔影、湍流等不同因素的作用,系统的可靠性会受到特别大的影响。文中主要设计了两个模糊逻辑控制器,第一个控制器在额定风速以下根据最大功率点追踪原理建立了模糊规则库,利用发电机有功功率偏差和高速轴转速偏差来求得参考转速;第二个控制器根据参考转速和实际转速的偏差和偏差的变化率来调节发电机的电磁转矩,进而改变风轮转速,使风机在最佳叶尖速比运行。接着对双馈发电机采用直接转矩控制,实现发电机的有功功率调节,确保了风电机组并网后的稳定运行,实现了功率的最大控制。 最后,为了验证最大功率点追踪控制的方法,使用MATLAB/SIMUlink软件对1MW双馈风力发电系统进行仿真研究并验证了控制效果。且针对兆瓦级风力发电机组大滞后、非线性、时变性等特点,在模糊控制系统中引入系统辨识环节,然后对仿真之后的波形进行分析,验证了改进后的模糊控制器取得了更加理想的控制效果。 【关键词】：变速恒频 最大功率点追踪 模糊逻辑控制器 直接转矩控制 系统辨识
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外风力发电技术及其发展概况11-15
• 1.2.1 国外风力发电技术发展现状与趋势12-14
• 1.2.2 国内风力发电技术发展现状与趋势14-15
• 1.3 风力发电机组最大功率点追踪控制技术研究现状15-16
• 1.4 课题研究的主要内容16-18
• 第二章 变速恒频双馈风力发电机组基本原理18-29
• 2.1 风力机的能量转换18-22
• 2.1.1 风能的计算18-19
• 2.1.2 贝兹理论及风能利用系数19-22
• 2.2 变速恒频双馈风电机组的基本结构和工作原理22-24
• 2.2.1 双馈异步发电机的基本结构及功率分析22-23
• 2.2.2 变速恒频双馈风力发电的基本原理23-24
• 2.3 变速恒频风力发电机组的四个运行阶段24-26
• 2.4 风电机组最大功率点追踪控制原理26-29
• 第三章 最大功率点追踪模糊控制器的设计29-46
• 3.1 模糊控制系统的基本结构及原理30-31
• 3.2 模糊控制器的设计31-37
• 3.2.1 控制器的结构选择32-33
• 3.2.2 模糊规则的确定33-35
• 3.2.3 模糊推理35-36
• 3.2.4 清晰化36-37
• 3.2.5 模糊控制器论域及比例因子的确定37
• 3.3 发电机转速跟踪控制器的设计37-41
• 3.4 发电机转速控制器的设计41-46
• 第四章 双馈发电机的直接转矩控制46-54
• 4.1 直接转矩控制概述46-47
• 4.2 双馈发电机的直接转矩控制系统结构47-51
• 4.2.1 PWM 逆变器单元48-49
• 4.2.2 转子磁链和电磁转矩计算单元49-50
• 4.2.3 转子磁链和转矩滞环调节单元50-51
• 4.2.4 开关信号选择单元51
• 4.3 直接转矩控制追踪最大功率点的实现51-54
• 第五章 双馈风力发电机组的仿真分析54-64
• 5.1 风的数学模型54-55
• 5.2 最大功率点追踪控制的仿真研究55-59
• 5.3 基于改进模糊控制的系统仿真59-64
• 第六章 结论64-65
• 参考文献65-68
• 附录A 机组参数68-69
• 附录B 低风速下风电机组仿真图69-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

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