基于模糊控制的永磁型风力发电最大风能跟踪控制

【摘要】：随着电力电子技术的不断发展和自动化技术的进步，使得风能的利用越来越被人们重视。永磁型风力发电系统在风电领域的特点非常突出，而逐渐成为当今风力发电领域的焦点。 在永磁型风力发电系统，因为不同的风速下风力机的运行特性，需要找到一个最佳的风力机的转速使得风力机和发电机的输出功率达到最大值，而作为驱动电机运行的主要部分，对PWM变换器的控制起着极其重要的作用。控制电机的电流始终运行在控制电流下，以及控制电机的转速在对应的电流下运行是一个很重要的问题。只有掌握了以上问题的解决办法，才能更有效更充分地利用风能。 本论文主要是对永磁型风力发电系统的各个环节进行分析和研究，通过对各个环节的原理分析和研究，设计出了一种基于模糊控制的最大风能跟踪控制方法。本论文的内容如下： 首先，对永磁型风力发电系统的技术进行了国内外发展现状的综述，分析了风力机的原理，在三相静止坐标系下永磁风力发电机的数学模型和风力发电机的PWM整流器的数学模型，并完成了风力发电机和PWM整流器由三相静止坐标系下的数学建模到两相旋转坐标系下坐标变换的研究。 其次，分析了最大风能的捕获原理，根据该原理和永磁型风力发电机的特点，设计了最大风能跟踪控制器。它采用模糊控制的方法，通过对风力机的输出机械功率变化量和风力机的转速量的采样和分析，确定出风力机的最佳转速值，并将此值作为电机矢量控制中转速环的输入量给定值。在电流环中，基于矢量控制方法中的id0控制，本文分别设计出了PI控制器参数的设计方法和PWM整流器的控制方法。 最后，对于上述所设计的最大风能控制器以及其他环节的控制方法，利用Matlab/Simulink软件建立了系统各个环节的仿真模块，并通过仿真，验证系统能够很好的追踪风能最佳工作点。 【关键词】：永磁型风力发电系统 风力机 永磁型风力发电机 PWM变流器 最佳转速
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9-11
• 1.2 风力发电技术11-12
• 1.3 永磁型风力发电机最大功率跟踪的研究现状12-14
• 1.4 本文的研究内容14-16
• 第2章 永磁型风力发电系统的数学模型16-27
• 2.1 风力机的数学模型16-17
• 2.2 永磁型风力发电机的数学模型17-23
• 2.2.1 在三相坐标系下的数学模型18-20
• 2.2.2 基本坐标变换20-21
• 2.2.3 在两相旋转坐标系下的数学模型21-23
• 2.3 PWM 整流器数学模型23-25
• 2.3.1 PWM 整流器在三相静止坐标系下的数学模型23-24
• 2.3.2 PWM 整流器在两相旋转坐标系 d-q 轴下的数学模型24-25
• 2.4 变流器直流环节数学模型25-26
• 2.5 小结26-27
• 第3章 基于模糊控制的永磁风力发电系统的最大风能跟踪控制27-43
• 3.1 永磁型风力发电系统的最大风能跟踪控制原理27-30
• 3.1.1 变风速情况下永磁型风力发电机的工作区域27-28
• 3.1.2 最大风能跟踪原理28-30
• 3.2 模糊控制器的原理30-34
• 3.2.1 模糊控制的基本原理30-33
• 3.2.2 模糊控制器的设计方法33-34
• 3.3 基于模糊控制的永磁型风力发电系统的最大风能跟踪控制研究34-42
• 3.3.1 永磁型风力发电系统最大风能跟踪系统控制结构34-35
• 3.3.2 最大风能跟踪的模糊控制器设计35-41
• 3.3.3 PWM 整流器的控制方法设计41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 仿真实验与分析43-57
• 4.1 MATLAB/SIMUlink简介43-44
• 4.2 风力发电系统各单元的仿真模型44-47
• 4.2.1 基于模糊控制的永磁型风力发电系统的最大风能跟踪的仿真框图44
• 4.2.2 永磁型风力发电系统各个环节的仿真参数选择44-47
• 4.3 风速不变的情况下的系统仿真47-51
• 4.4 变风速下的系统仿真51-56
• 4.5 小结56-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 学术研究成果62-63
• 致谢63

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