双馈风力发电系统模糊控制技术的研究

论文摘要

石化能源的过度使用、环境的不断恶化及供电环境问题的日益突出,利用风能作为未来最重要的清洁替代能源之一,对于缓解能源匮乏和环境恶化具有重要意义。由于变速恒频风力发电系统可以工作在较宽的速度范围内,能量能够双向流动,而且其变频器具有体积小、重量轻、成本低的特点,因而变速恒频双馈风力发电系统成为研究和开发的热点,并被广泛应用在风力发电系统中。本文采用两电平电压型双PWM变换器,而通常对于采用双馈电机的变速恒频风力发电系统,多采用PI控制器进行控制,此控制方法依赖于系统参数,电机参数和风速变化时,控制效果会受到影响。本文将模糊控制技术引入双馈风力发电系统控制,以提高系统的鲁棒性。在网侧PWM变换器的研究中,将传统PID控制与模糊控制相结合,并引入负载电流前馈补偿,提出了一种新颖的控制策略,优化了PWM整流系统,仿真结果表明,这种控制策略能使系统获得优良的动态和静态性能。在分析PWM整流器和不对称电网特点的基础上,电压外环采用模糊PI控制,提高直流侧电压动态响应速度,电流内环采用无需进行正负序分解的正、负序电流独立控制策略,实现了不平衡电网下对三相PWM整流器的双闭环控制。仿真结果表明,所设计的控制方法保证了在不平衡条件下直流侧电压快速地稳定,有效抑制了直流侧二次谐波,提高了整流器的运行性能。在转子侧PWM变换器的研究中,采用基于定子磁链定向的矢量控制简化双馈发电机模型,并将模糊控制技术引入空载并网控制的研究,仿真结果表明,所设计模糊控制器在空载并网控制中具有很强的鲁棒性和适用性。并深入分析了DFIG风力发电系统最大风能追踪的原理,研究了基于定子电压定向的矢量控制,实现了DFIG的最大风能追踪、有功功率和无功功率解耦,仿真结果验证了所提出方案具有良好的控制性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 风力发电的国内外发展现状
• 1.2.1 风力发电的国外发展现状
• 1.2.2 风力发电的国内发展现状
• 1.3 风力发电技术
• 1.3.1 风力机类型
• 1.3.2 风力发电系统
• 1.3.3 风力发电系统控制策略
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 双馈风力发电的基本理论
• 2.1 双馈风力发电系统
• 2.2 双馈风力发电机的数学模型
• 2.2.1 三相静止坐标系下双馈电机数学模型
• 2.2.2 两相同步坐标系下双馈电机数学模型
• 2.2.3 双馈电机的能量流动关系
• 2.3 基于C MEX S-函数的电压空间矢量调制原理
• 2.3.1 电压空间矢量调制（SVPWM）原理
• 2.3.2 三段逼近式SVPWM 的实现
• 2.4 小结
• 第3章 DFIG 网侧PWM 整流器分析及其控制
• 3.1 DFIG 网侧PWM 整流器数学模型
• 3.2 传统双闭环控制器的设计
• 3.2.1 电流内环控制器的设计
• 3.2.2 电压外环控制器的设计
• 3.3 DFIG 网侧PWM 整流器自适应模糊控制器的设计及仿真
• 3.3.1 自适应模糊控制器的设计
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 不平衡电网下DFIG 网侧PWM 整流器控制策略的研究
• 3.4.1 不平衡电网下正负序电量分析
• 3.4.2 不平衡电网下DFIG 网侧PWM 整流器控制策略
• 3.4.3 仿真结果及分析
• 3.5 小结
• 第4章 基于模糊控制的DFIG 空载并网技术的研究
• 4.1 双馈电机空载并网控制
• 4.2 空载并网模糊控制器设计
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 小结
• 第5章 基于模糊控制的DFIG 功率解耦研究
• 5.1 DFIG 解耦控制下数学模型
• 5.2 DFIG 的最大风能捕获控制
• 5.3 DFIG 功率解耦模糊控制器的设计
• 5.4 仿真结果及分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢