风力发电系统有功功率的平滑控制

论文摘要

风能是一种清洁的可再生能源,风速的随机变化往往会引起风力发电系统输出功率的波动。随着电网中风电容量的增加,当风速波动较大时,发电系统的输出功率会超出限定的范围,影响风力发电系统的电能质量和电网的稳定性。因此,对风力发电系统输出功率的控制显得尤为重要。本论文针对变速变桨双馈风力发电系统,采用风速预测和动态补偿控制技术,对变桨距风力发电系统进行了有功功率平滑控制方面的研究。首先,利用逆系统方法将风力发电系统的模型简化为一阶动态系统,并设计其逆系统与之级联,分别利用卡尔曼滤波预测模型和差分自回归滑动平均预测模型对风速进行超前一步预测,将预测风速作为级联系统的输入,使得桨距角调节机构能够提前动作,避免了桨距角的频繁调节,从而有效减小了风速波动所引起的风机机械转矩和输出功率的波动,达到平滑有功功率的目的;另外,设计风机逆系统模型与原系统相级联之后构成伪线性系统,在此基础上设计误差归一化动态补偿控制器,分别对桨距角和机械转矩分别进行动态补偿,以补偿风机高度的非线性,通过桨距角的快速调节有效减小风机机械转矩和输出功率的波动。最后,在对本文提出的方法进行理论分析的基础上,应用MATLAB/SIMULINK,对本文提出的方法进行了仿真实验并作了相应的数据及图形的比较,验证了控制方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 风能资源概述
• 1.3 风力发电技术的国内外发展与现状
• 1.4 变速恒频风力发电技术国内外研究现状
• 1.5 变桨距控制技术概述
• 1.6 风力发电系统输出功率控制技术研究现状
• 1.7 本文的主要研究内容和章节安排
• 1.7.1 本文的主要研究内容
• 1.7.2 本文的章节安排
• 第2章 风力发电系统的模型建立
• 2.1 风力机的结构
• 2.2 风力机基础理论
• 2.3 变桨距风力发电系统模型的建立
• 第3章 风力机逆系统模型的建立
• 3.1 逆系统方法的应用
• 3.2 风力机逆系统模型的建立
• 3.2.1 逆系统方法的基本原理
• 3.2.2 单变量系统讨论
• 3.2.3 伪线性系统
• 第4章 基于风速预测和逆系统方法的功率水平控制
• 4.1 风速预测的意义
• 4.2 风速预测的基本方法
• 4.3 基于风速预测和逆系统方法的有功功率水平控制
• 4.3.1 卡尔曼滤波预测方法
• 4.3.2 差分自回归滑动平均预测方法
• 4.4 小结
• 第5章 基于动态补偿和逆系统有功功率水平控制
• 5.1 动态补偿控制器的设计
• 5.1.1 误差归一化
• 5.1.2 动态补偿控制
• 5.2 基于动态补偿和逆系统方法的有功功率控制
• 5.3 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录