直驱式风力发电变速恒频系统研究

论文摘要

能源问题一直是人们生产生活中永恒的主题,21世纪的能源更是人们关注的焦点。非可再生能源的日益枯竭,使得世界各国纷纷努力寻找新的能源,以满足生产生活中的需要。作为一种清洁的可再生能源,风能被认为是一种理想的绿色新能源。风能的主要利用形式为风力发电。国内的风力发电变流设备和技术大多都是引进国外专利,因此研制具有自主知识产权的风电变流设备,是我国风电事业的当务之急。本文研究了各类风力发电系统,研究表明,直驱式风力发电系统是最有发展前景的风力发电系统,而直驱式风力发电中采用的双PWM变流单元是最具有优势的拓扑结构。通过对直驱式风力发电系统的理论分析和研究,总结了各自的特点。并针对稳压变流单元尝试着采用一种新的控制方案。由于多极低速永磁同步风力发电机模型十分复杂,为了研究方便,将其模型进行等效,鉴于控制对象——变流稳压单元具有多变量、时变、非线性、耦合、强扰动的复杂性及系统存在的不确定因素,对该系统的变流稳压单元进行数学建模,采用空间电压矢量PWM调制算法,设计了基于PI控制器的电流内环和电压外环的双环控制系统,并对各个部分进行仿真建模,针对常规PI控制器在非线性、强扰动、多变量系统中存在的快速性和动态特性不好的问题,考虑模糊自整定PI控制器的实用性及处理该类问题的有效性,设计了模糊自整定PI控制器。通过模糊自整定PI控制的仿真结果与常规PI控制对比,得出采用优化隶属度函数的模糊PI控制器的系统快速性良好,超调小,上升时间短,抗扰动效果好的结论,实验结果表明理论设计的正确性,为以后的工程实现提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 变速恒频技术的研究现状
• 1.2.1 双馈风力发电机组变速恒频技术现状
• 1.2.2 直驱式风力发电机组变速恒频技术现状
• 1.3 论文的研究意义及主要内容
• 第2章 变速恒频风力发电系统
• 2.1 风力发电系统组成
• 2.2 风力机动态特性
• 2.3 变速恒频风力发电系统运行原理
• 2.4 变速恒频风力发电系统分类
• 2.4.1 异步发电机交直交型风力系统
• 2.4.2 双馈异步风力发电系统
• 2.4.3 同步风力发电系统
• 2.4.4 低速永磁同步发电机直驱系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 直驱式风力发电变速恒频系统研究
• 3.1 DC/DC升压斩波的变速恒频系统
• 3.2 转速控制的PWM整流变速恒频系统
• 3.3 稳压控制的PWM整流变速恒频系统
• 3.3.1 PWM稳压单元的控制系统数学分析
• 3.3.2 VSR系统数学模型
• 3.3.3 VSR稳压单元控制系统
• 3.4 本章小结
• 第4章 稳压单元模糊自整定PI控制器设计
• 4.1 PWM稳压变流单元控制系统设计
• 4.1.1 电流内环控制器的设计
• 4.1.2 电压外环控制器的设计
• 4.2 PI控制的PWM稳压变流单元建模
• 4.3 稳压变流单元模糊自整定PI控制器设计
• 4.3.1 稳压变流单元模糊自整定PI控制器的结构
• 4.3.2 稳压变流单元模糊自整定PI控制器设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 稳压变流单元仿真实验及结果
• 5.1 稳压变流单元模糊自整定PI控制器的仿真模型
• 5.2 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢