风力发电系统最大风能捕获及其并网研究

【摘要】：近年来，随着世界经济的飞速发展，能源需求不断地增加，许多自然资源也相继面临枯竭的危机。在这种严峻的形势之下，各国也竞相提出各种可持续发展和节能环保的发展战略。风力发电技术迅猛发展，各种机型不断涌现，风能作为一种最有潜力的新型能源，得到了人们的密切关注。因此，本文将变速变桨距风力发电系统作为主要的研究对象，就如何提高风能的利用率，实现最大风能捕获以及并网逆变器的控制问题展开研究。 针对风力发电系统对于风能的利用率、动态稳定性等指标要求高的特点，根据变速变桨距风力发电系统的结构与工作原理，建立了风能转换系统的线性参数变化(LPV，Linear Parameters Varying)模型；给出了一个具有自适应机制的鲁棒保性能控制的充分条件，并根据这个充分条件设计出了自适应鲁棒保性能控制器。该控制器通过自适应的方法估计出系统的不确定参数，而后利用估计的参数与鲁棒保性能控制相结合的方法设计系统的状态反馈增益，并满足二次型性能指标。仿真结果表明，无论在高风速或者是低风速，此控制方法都能使系统具有抑制外界干扰的能力和良好的动态特性。 在分析了永磁同步发电机数学模型的基础上，以实现额定风速下风能的最大捕获为目标，采用滑模控制和模糊控制相结合的方法，提出了一种新的自适应模糊软切换控制方法。该方法使得风电系统在额定风速以下时，能够根据风速的变化实时地改变电机转速，从而获得最佳叶尖速比，实现最大功率追踪的目标。仿真结果表明，自适应模糊软切换控制方法可以有效实现额定风速下的最大风能捕获，同时弥补非线性给系统带来的影响，提高了系统的鲁棒性和稳定性。 风电系统进行并网时，系统中存在着由于故障或不平衡负载等不确定性扰动引起的电网电压波动。针对这一问题设计了扰动观测器对其进行补偿，抑制了扰动给系统带来的不利影响。根据矢量控制原理，设计了非奇异终端滑模面，使得网侧逆变器输出的交直轴电流在有限时间内达到给定值，并采用高阶终端滑模消除抖振。仿真结果表明，采用扰动观测器与高阶终端滑模控制相结合的方案，使系统具有很强的鲁棒性，同时提高了跟踪精度，具有良好的动态性能。 【关键词】：线性参数变化模型(LPV) 自适应控制 保性能控制 高阶终端滑模 模糊控制 滑模控制 最大风能捕获
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景和意义11
• 1.2 风力发电的国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外风力发电发展现状11-12
• 1.2.2 我国风力发电发展现状12-13
• 1.3 风力发电系统控制技术的研究现状13-16
• 1.3.1 定桨距失速调节与变桨距调节技术13-14
• 1.3.2 恒速恒频风力发电技术与变速恒频风力发电技术14-15
• 1.3.3 并网技术的研究现状15-16
• 1.4 现代控制理论在风电系统中的应用16-17
• 1.5 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 风电系统的自适应鲁棒保性能控制19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 风能转换系统模型19-24
• 2.2.1 风力机特性20-21
• 2.2.2 风能转换系统模型及 LPV 表示21-24
• 2.3 自适应鲁棒保性能控制器设计24-27
• 2.4 仿真研究27-30
• 2.4.1 仿真的主要参数27
• 2.4.2 低风速与高风速区的仿真模型分析27-29
• 2.4.3 仿真结果分析29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于永磁同步风力发电机最大风能捕获自适应模糊滑模控制研究31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 PMSG 数学模型的建立31-33
• 3.3 自适应模糊滑模软切换控制策略33-37
• 3.4 仿真研究37-40
• 3.4.1 仿真的主要参数37-38
• 3.4.2 仿真结果及分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 带扰动观测器的网侧逆变器高阶终端滑模控制研究41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 并网逆变器的数学建模41-42
• 4.3 扰动观测器设计42-44
• 4.4 网侧终端滑模控制器设计44-47
• 4.5 仿真研究47-49
• 4.5.1 仿真的主要参数47
• 4.5.2 仿真结果及分析47-49
• 4.6 本章小结49-51
• 结论51-53
• 参考文献53-58
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果58-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

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