变速恒频双馈风电系统最大风能追踪的研究

【摘要】：随着全球生态环境的不断恶化，能源的短缺，各个国家都在资金、政策与技术方面加大对新型绿色能源的投入。其中风能是一种发展潜力很大的新能源，近年来一直倍受青睐。目前风电系统正向着日益大型化的方向发展，其中变速恒频双馈风电系统的优势日益明显，尤其是可在较宽的风速范围内实现输出电能的恒频恒压的特点，受到了人们的广泛关注。本文以变速恒频双馈风电系统为主要研究对象，首先深入分析了风力机与双馈发电机的基本原理和运行机理，在此基础上，运用矢量控制技术对双馈电机进行功率解耦控制，并建立了风电系统数学模型。然后以风力机捕获最大风能为控制目标，从风能利用率角度出发，重点研究最大风能追踪的控制。 双馈异步发电机功率解耦控制是实现风电系统变速恒频运行的关键，如果解耦不合适，就会使系统的控制变得非常困难，严重的会使电机的电磁量发生相互干扰或震荡，使系统无法正常运行。本文在分析了双馈异步发电机基本工作原理、等效电路、功率流向的基础上，运用矢量坐标变换将三相静止坐标系下的双馈电机数学模型变换到两相同步速度旋转坐标系下，并以定子磁链为定向矢量的矢量控制对其进行功率解耦，并以此建立了风电系统整体仿真模型，通过仿真结果说明了控制方法的有效性和可行性。 大型风力机组运行过程一般可分为三个阶段，即起动阶段、欠功率阶段和额定功率保持阶段，对于不同的阶段，最大风能追踪的控制策略有所不同。在启动阶段，风力机的输出功率为零，风能的利用率最小，不存在风能的追踪利用问题，一般将发电机与电网脱离；在欠功率阶段，风速在额定风速以下，风力机的输出功率一般不会超出其额定功率，也就不会存在安全性方面的问题，更多关注的是让风力机的输出功率最大化；在额定功率保持阶段，由于风速较大，更应该关心整个风电系统的安全性问题，此时一般依靠风力机变桨距控制和发电机转速控制来限制风电系统对风能的吸收。为此，本文以欠功率阶段的最大风能追踪为研究重点，对风力机捕获风能的过程进行全面的理论分析，提出基于蚁群算法自整定PID在最大风能追踪控制中的应用，具体设计了基于蚁群算法自整定PID控制器，并对其进行相应的仿真分析，仿真结果表明了该控制策略不仅使控制系统具有良好的动态响应能力，而且提高了控制精度，在风能利用率等方面也明显优于传统的PID控制方法。 【关键词】：风力发电 变速恒频 矢量控制 最大风能追踪 蚁群算法自整定PID
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 图清单12-15
• 变量注释表15-18
• 1 绪论18-28
• 1.1 研究背景及意义18
• 1.2 风电发展史及现状18-20
• 1.3 我国风电发展现状及相关政策分析20-21
• 1.4 变速恒频技术概述21-25
• 1.5 最大风能追踪相关技术的概述25-26
• 1.6 论文研究内容及其结构26-28
• 2 风电系统理论基础28-40
• 2.1 风力发电系统理论基础28-32
• 2.2 风力机数学模型32-35
• 2.3 变速恒频风力发电技术35-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 变速恒频双馈风电系统的矢量控制及其仿真40-57
• 3.1 矢量控制技术40-43
• 3.2 双馈异步发电机数学模型43-48
• 3.3 矢量控制的功率解耦控制策略48-51
• 3.4 变速恒频风电机组控制系统仿真51-56
• 3.5 本章小结56-57
• 4 基于蚁群算法自整定 PID 的最大风能追踪研究57-80
• 4.1 不同风速下机组的运行状态分析57-59
• 4.2 最大风能追踪控制策略59-62
• 4.3 蚁群算法62-69
• 4.4 基于蚁群算法的 PID 参数优化69-72
• 4.5 ACO-PID 控制器的设计与仿真72-79
• 4.6 本章小结79-80
• 5 总结与展望80-82
• 参考文献82-87
• 作者简历87-89
• 学位论文数据集89

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

交流励磁变速恒频发电机原理－基本方程、等效电路、相量图及功率图    许善椿，王文举

基于定子磁链的双馈电机矢量控制系统的研究    戴晖;沈锦飞;

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略    胡家兵;贺益康;刘其辉;

双馈型变速恒频风力发电机矢量控制模型的研究    史林军,潘文霞,白先红

考虑风机动态的最大风能捕获策略    耿华;杨耕;周伟松;

双馈风力发电机有功、无功的解耦控制    黄守道;谭健;许琤;高剑;

基于蚁群算法PID控制器的应用研究    刘艳荣;姜波;

2012年全球风电发展分析与展望    乔黎明;

一种自适应PID控制算法    赵建华,沈永良

我国风电发展    丁力;

过程控制系统课程教学改革的探索与实践    沈亚斌;赵涛;陈桂;

基于改进蚁群算法的炮兵火力优化分配模型    赵磊;陈庆龙;巩珏;

大容量超高速双馈电机调速系统的仿真分析及研制    解仑;王志良;

双馈感应风力发电机的H_∞鲁棒控制    范普成;王长松;王志宇;杨建成;

双馈风力发电机并网方法的原理分析及仿真实验研究    张劲松;刘连根;徐凤星;佘岳;

变频技术在变速恒频异步风力发电系统中的应用    苑国锋;李永东;

双馈电机矢量控制变频调速系统控制策略的研究及仿真    杨钊宁,周理兵,黄声华

双馈电机变速恒频风力发电技术概述    林波;宋平岗;赵芳;

高水头冲击式水轮发电机并网控制技术    周桃文;肖蕙蕙;李山;魏云茂;陈中华;

基于改进型蚁群算法的无线传感路由协议    冯跃喜;金心宇;蔡文郁;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于闭环增益成形的风力发电转速鲁棒控制    赵林坤;樊绍胜;

自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用    周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;

Unified Model for Doubly-fed Wind Generator System and Its Application in Controllers' Coordination    

风力发电之转子侧变换器的研究    莫显聪;

含风电场电力系统潮流计算    吴义纯;丁明;张立军;

一种最优的PID自校正器    龚妙昆;王新伟;阮荣耀;

一种抗强干扰的智能参数辨识方法    赵建华;沈永良;任向民;

变速恒频双馈风电系统的建模及运行特性分析    潘庭龙;纪志成;

双馈风力发电机组网侧变换器控制方法比较    周先明;潘庭龙;纪志成;

神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究    汪木兰

风能转换系统的分析、控制与优化方法研究    吴定会

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

近海风机结构体系环境荷载及动力响应研究    陈小波

微电源并网同步检测与定功率输出控制技术研究    龚宇雷

基于矩阵变换器励磁的双馈型风力发电机并网运行控制策略研究    李辉

大功率提升机三电平双馈调速关键技术研究    叶宗彬

兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究    李渊

风力发电机组控制策略优化与实验平台研究    刘军

风力发电机组暂态模型和稳定性分析方法研究    陈建伟

自适应控制方法在程序升温控制中的应用研究    何麒

城市干线道路信号协调优化控制研究    谢纪祥

风电场动态无功补偿方案设计    冯凯辉

双馈型变速恒频风力发电机转子侧变流器控制技术研究    徐凤星

基于改进蚁群算法的物流配送路径问题研究    张建民

风力发电机测试系统设计及数据处理研究    贾丽

强风作用下大功率风力机的振动响应研究    张彪

文化微粒群算法及其在风电场风能资源评估中的应用    刘翔

基于蚁群神经网络的家电壳体注塑成型质量预测    徐以国

无刷双馈电机转子磁场定向控制策略的研究    黄守道,王耀南,黄科元,林友杰

变速恒频风力发电机用交流励磁电源的研究    赵仁德,贺益康,黄科元,卞松江

提高PWM整流器抗负载扰动性能研究    赵仁德,贺益康,刘其辉

双馈调速同步感应电动机的分析及控制    邱培基，夏书杰，卓忠疆

变速恒频双馈发电机励磁控制策略综述    李辉,杨顺昌,廖勇,何蓓

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制    刘其辉,贺益康,赵仁德

交流励磁变速恒频风电系统运行研究    贺益康,郑康,潘再平,刘其辉

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略    胡家兵;贺益康;刘其辉;

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制    徐科;胡敏强;郑建勇;吴在军;

定桨距风力发电机组的主动失速控制    陈杰;陈冉;陈志辉;龚春英;严仰光;

采用延拓法的风电系统稳定模型二维参数分岔边界的计算与研究    马幼捷;问虎龙;周雪松;李季;杨海珊;

直驱型风电系统低电压穿越技术仿真分析    栗然;王飞;

风电系统及其电压特性研究    潘文霞,陈允平,沈祖诒

小功率集群式风电系统设计与研究    张广宁;

永磁直驱变速风电系统的控制及稳定性分析    耿华;许德伟;吴斌;杨耕;

不同风电系统动态电压稳定的分岔分析    许珊珊;汤放奇;周任军;马新惠;

基于二阶广义积分的风电系统电压跌落检测法    朱鑫;袁铁江;晁勤;李建林;孔飞飞;

永磁同步风电系统低电压穿越效果比较    闫志海;任永峰;李秀芬;何璇;栾鹏飞;

大型变速恒频风电系统的建模与仿真    孙国霞;李啸骢;蔡义明;

基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略    陈杰;张先进;龚春英;严仰光;

分频风电系统的频率优化控制策略研究    王传杰;王锡凡;

大规模规划建设风电刍议    武云甫;武英华;蔡南;

直驱永磁同步风电系统低电压穿越的研究    杨晓萍;段先锋;冯帆;

变速恒频双馈风电系统的建模及运行特性分析    潘庭龙;纪志成;

风电系统齿轮箱振动特性研究与优化    丁千;张微;张文德;朗作贵;

基于模糊逻辑的变速恒频风电系统最大风能追踪控制    肖运启;徐大平;吕跃刚;

基于MLD的风电系统全工况建模与预测控制研究    史运涛;刘伟川;郑虹;

考虑EENS的含风电系统旋转备用获取模型    王丹平;

风电系统中双馈发电机的励磁控制研究    刘超辉;叶全胜;应黎明;

基于储能的直驱风电系统低电压穿越控制策略    张坤;陆继明;毛承雄;王丹;

三海机电公司自主创新天地宽    记者 王君开

海岛中小型独立风电系统可靠运行技术研究    董永军

风力发电系统能量优化问题的研究    耿华

风电场并入电网的调控理论研究    王成福

风电系统多参数动分岔分析及其控制    李小双

风电系统中混沌动力学行为分析    刘馨芳

小型风电系统的整流卸荷装置的设计与实现    邢星

考虑旋转备用效益的含风电系统机组组合优化模型研究    余军威

永磁直驱型风电系统低电压穿越技术研究    靖言

双馈型风电系统安全运行研究    宫有民

筒型基础近海风电系统地震动力响应分析    刘国威

含风电系统旋转备用优化模型研究    崔宁宁

基于双馈感应发电机的风电系统故障穿越能力研究    杜宝星

风电系统动态稳定性分析与仿真    丁杨斌