无刷双馈变速恒频风力发电控制系统研究

论文摘要

近年来,可再生资源受到很多国家的关注,而风力发电作为发展速度最快的清洁能源倍受青睐,各国投入大量的资金和人力来研究风力发电技术。据目前研究情况来看,变速恒频风力发电技术是最有前景一种风能利用技术,由于无刷双馈电机可以在无刷的情况下实现变速恒频发电,因此是一种很有前景的变速恒频发电形式,有必要对其进行深入研究。本文以无刷双馈变速恒频风力发电控制系统为研究对象,主要在以下几方面进行了研究:1.在分析了现有的风力发电控制方法的基础上,提出将自抗扰控制器引入风力发电控制系统中。同时针对自抗扰控制器可调参数多,不易整定的问题,提出了一种基于改进粒子群算法的自抗扰控制器参数优化方案,并通过仿真实例验证了方案的实用性。2.总结了交流励磁电源各种实现形式,重点分析了网侧变换器在电网电压不平衡时的数学模型和控制策略,针对网侧变换器在电压不平衡时会在直流侧产生2倍于工频的纹波问题,提出一种新的基于自抗扰控制器的控制策略,并且建立了Simulink仿真模型来验证提出的控制策略。3.对现有的无刷双馈电机研究所用的数学模型以及存在的控制策略进行总结。选择将直接转矩控制方案引入无刷双馈风力发电系统中,并建立了系统各部分的仿真模型,进行了仿真研究来验证方案的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 风力发电的国内外发展现状
• 1.1.1 国外的风力发电发展现状
• 1.1.2 国内的风力发电发展现状
• 1.2 风力发电技术研究概述
• 1.2.1 功率调节
• 1.2.2 变转速运行
• 1.2.3 恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统
• 1.2.4 无刷双馈风力发电系统概述
• 1.3 自抗扰控制器在风力发电系统中的应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 自抗扰控制器分析与优化设计
• 2.1 自抗扰控制器分析
• 2.1.1 自抗扰控制器简介
• 2.1.2 自抗扰控制器组成及数学模型
• 2.1.3 自抗扰控制器存在的问题
• 2.2 自抗扰控制器的优化设计
• 2.2.1 标准粒子群算法
• 2.2.2 改进的粒子群算法
• 2.2.3 基于改进粒子群算法的ADRC参数优化
• 2.3 仿真实例和结果分析
• 2.4 本章小结
• 3 交流励磁电源网侧变换器及其控制
• 3.1 电网平衡条件下网侧变换器的数学模型及其控制
• 3.1.1 电网平衡条件下网侧变换器的数学模型
• 3.1.2 电网平衡条件下网侧变换器的控制策略
• 3.2 电压不平衡时网侧变换器的数学模型及其控制
• 3.2.1 电压不平衡时网侧变换器的数学模型
• 3.2.2 电压不平衡时网侧变换器的控制策略
• 3.2.3 电压不平衡时网侧变换器的自抗扰控制器设计
• 3.2.4 电网不平衡时网侧变换器自抗扰控制仿真模型
• 3.2.5 仿真结果
• 3.3 本章小结
• 4 无刷双馈电机及其控制策略
• 4.1 无刷双馈电机数学模型
• 4.1.1 无刷双馈电机的网路模型
• 4.1.2 无刷双馈电机的转子速模型
• 4.1.3 无刷双馈电机的双同步模型
• 4.1.4 无刷双馈电机的混合模型
• 4.1.5 无刷双馈电机的基于转差率旋转坐标系数学模型
• 4.2 无刷双馈电机控制策略
• 4.2.1 无刷双馈电机的标量控制
• 4.2.2 无刷双馈电机的磁场定向控制
• 4.2.3 无刷双馈发电机的直接转矩控制
• 4.3 无刷双馈风力发电系统仿真模型
• 4.3.1 风力机模型
• 4.3.2 机械传动部分模型
• 4.3.3 无刷双馈发电机模型
• 4.3.4 磁链转矩估计
• 4.3.5 电压矢量选择
• 4.3.6 变频器模型
• 4.3.7 转矩参考模块
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及参加项目