变速恒频风力发电最大风能跟踪研究

【摘要】：常规能源的紧缺和对环境造成的影响,促使很多国家开始关注可再生新能源。风能比潮汐、地热等新能源容易开发、性价比高,得到了更大的发展,其目前最受关注的利用形式是风力发电。风力机是风能转换的首要部件,在不同的转速下捕获风能的能力也有差异,最大风能跟踪研究就是为了在外界条件一定的情况下,使风力机工作于最佳转速值,提高风力发电的效益。 论文总结了风电技术的相关现状,先介绍了风速、风力机和双馈电机的理论知识；接着分析了不同风速下,机组的运行状态和功率的流动关系；建立了abc坐标到dq旋转坐标的电机数学模型,介绍了双馈电机基于定子磁链定向的矢量控制策略的研究。然后分析了在额定风速下进行最大风能跟踪的原理和现阶段主要研究方法的优缺点。由于风电系统的非线性、多变量的特点,为了保证输出功率的稳定性和提高利用风能的效率,本文采用了模糊控制策略来实现最大风能跟踪,并介绍了模糊控制器的工作原理和设计方法,建立了风电系统中发电机的最优转速跟踪模糊控制器和转子侧转速环的模糊控制器。 本文在matlab/simulink环境下,基于数学模型的分析建立了风速、风力机、双馈电机和模糊控制器在内的仿真模型；针对风能的随机性和不稳定性,在模拟的不同风速下,进行了最大风能跟踪研究的仿真比较分析,验证该模糊控制方案在实现最大风能跟踪的研究工作中的正确性和有效性。 【关键词】：风力发电 双馈电机 最大风能跟踪 模糊控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究目的和意义11
• 1.2 国内外风力发电发展现状11-13
• 1.2.1 风力发电发展概述11-13
• 1.2.2 变速恒频风力发电概述13
• 1.3 最大风能跟踪相关技术简介13-15
• 1.3.1 风力机模拟技术13-14
• 1.3.2 变流器技术14
• 1.3.3 最大风能跟踪方法14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 变速恒频双馈风力发电基本理论分析17-37
• 2.1 变速恒频双馈风力发电原理17-19
• 2.1.1 双馈风力发电原理17-18
• 2.1.2 机组的运行状态分析18-19
• 2.2 风力机和风速的基础理论19-24
• 2.2.1 风能的贝茨理论19-20
• 2.2.2 风力机的基本特性20-22
• 2.2.3 风速的数学模型22-24
• 2.3 双馈电机的运行特性和数学模型24-30
• 2.3.1 双馈电机运行的基本原理24-25
• 2.3.2 双馈电机的功率流动关系25-26
• 2.3.3 双馈发电机的数学模型26-30
• 2.4 风力发电机的控制原理30-35
• 2.4.1 双馈电机的矢量控制31-33
• 2.4.2 双馈电机的转子侧控制方式33-35
• 2.4.3 u-ω型定子磁链以及角度观察方法35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 最大风能跟踪控制方法研究37-49
• 3.1 最大风能跟踪控制原理37-38
• 3.2 几种最大风能跟踪方法的比较研究38-42
• 3.2.1 三点比较法38-39
• 3.2.2 叶尖速比法39-40
• 3.2.3 功率信号反馈法40
• 3.2.4 爬山搜索法40-42
• 3.3 本文采用的最大风能跟踪方法42-44
• 3.3.1 模糊控制原理42-43
• 3.3.2 模糊控制器的设计方法43-44
• 3.4 基于模糊理论的转速控制器的设计44-48
• 3.4.1 发电机转速跟踪模糊控制器的设计44-46
• 3.4.2 转子侧转速环模糊控制器的设计46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 最大风能跟踪模型与仿真49-64
• 4.1 最大风能跟踪相关模型49-53
• 4.1.1 风速模型49
• 4.1.2 风力机模型49-50
• 4.1.3 电机控制模型50-52
• 4.1.4 风力发电系统整体仿真模型52-53
• 4.2 仿真结果及分析53-62
• 4.2.1 风速仿真图形53-54
• 4.2.2 风力机的仿真分析54
• 4.2.3 功率解耦仿真分析54-55
• 4.2.4 PI转速控制实现的风能跟踪仿真分析55-59
• 4.2.5 模糊控制下的风能跟踪仿真分析59-60
• 4.2.6 模糊控制与PI控制的比较60-62
• 4.3 本章小结62-64
• 总结与展望64-66
• 总结64
• 不足和展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70-72
• 附录一：风力机参数70
• 附录二：电机参数70-71
• 附录三：模糊规则表71-72

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