变速变桨距风力发电机组优化控制研究

【摘要】在能源紧缺的今天,风力发电受到越来越多的重视。由于风力发电系统的复杂性和特殊性,一般控制器并不能满足风电机组控制系统的控制要求,风力发电控制系统的优化成为当前风力发电技术研究的热点和难点。本文分析了变速恒频变桨距风力发电系统工作原理和结构模型,在此基础上,研究了双PWM变换器控制系统和变桨距控制系统的优化控制方法。具体研究内容如下：本文首先介绍了风力发电的国内外研究现状,分析了变速变桨距风力发电技术和双馈发电机的优越性。根据双馈电机结构原理推导出双馈电机在三相静止坐标系上的数学模型,并由此建立了双馈电机在两相旋转坐标轴上的数学模型。根据风力发电机组的运行特性,选取双PWM变换器作为风电系统的励磁变换器。基于最大风能捕获和能量稳定流动的思想,在转子侧变换器设计了定子磁链定向的矢量优化控制方法,实现了电机定子侧有功功率、无功功率的解耦控制,实现了最大风能捕获。其次,分析了变桨距系统的结构组成和工作原理,根据变桨距系统结构的不同特性,建立变桨距系统在不同时间尺度下的数学模型,并由此推出了变桨距系统稳定的降阶模型。通过研究变桨距系统的动态特性和控制要求,提出了采用模糊动态逆的变桨距优化控制方法。基于变桨距系统的非线性特征,动态逆非线性控制方法通过状态反馈将变桨距系统设计成伪线性系统,使得变桨距系统可以用线性系统的控制方法进行控制。模糊动态逆非线性控制方法与传统的PID线性控制方法相比,克服了风速不断变化对系统动态性能的影响,并提高了控制精度。最后,用MATLAB/SIMULINK进行仿真实验。根据建立的数学模型和设计的优化控制方法分别搭建了变速恒频风力发电机组的控制系统仿真模型和变桨距控制系统仿真模型,在仿真软件上实现在不同风速下风力发电机组的最大风能捕获。仿真结果分析表明,本文设计的优化控制方法能使风力发电机组在不同风速下实现风能的最大捕获。
【作者】戴伍祥；
【导师】王红君；
【作者基本信息】天津理工大学，控制理论与控制工程，2013，硕士
【关键词】风力发电；变速恒频；变桨距；模糊控制；动态逆；

【参考文献】
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