兆瓦级风力发电机组模糊控制

论文摘要

风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学等多学科的综合性高技术系统工程。目前,风电领域的研究难点和热点集中在风机大型化、先进控制策略和优化技术等方面。由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统,因此,控制技术是机组安全高效运行的关键。本文针对风电机组控制的相关问题展开研究,主要内容归纳如下:(1)采用分析建模的方法建立大型风力发电机组的数学模型,以描述整台风力机的动态行为。此模型不但能描述机组的基本动力学特性,还适合于控制目的并检验控制策略的有效性。(2)本文提出利用模糊逻辑系统得到低风速时风力机的参考转速,实现最大风能捕获。该方法不需要测量风速,避免了风速测量的不精确性,不需要了解风力机的气动特性。(3)根据风力发电机组的运动方程,提出了风力机转速自适应最优模糊控制。算法综合考虑机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。在介绍自适应最优模糊控制原理的基础上,提出了一种自适应模糊逻辑系统的改进最近邻聚类学习算法,该算法在确定聚类时同时考虑输入输出信息的影响,并根据聚类样本数目的多少自适应调整衰减因子。改进算法克服了原算法中敏感参数多,不易调整的缺点。(4)针对变速恒频风力发电机组控制要求,在高风速时设计了模糊控制器。该控制器根据风速的变化调整叶片的节距角,从而限制风机捕获的能量,使风力发电机组保持在额定值下发电。仿真结果表明控制器具有良好的实时性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 世界风力发电现状
• 1.3 我国风电发展过程和现状
• 1.4 风力发电机技术的发展
• 1.4.1 风力发电机组控制技术
• 1.4.2 风力发电机组控制策略研究概述
• 1.5 本文的主要目的和工作内容
• 第二章 大型风力发电机组的数学模型
• 2.1 风力机的基本结构、特性系数与数学模型
• 2.1.1 风力机的基本结构和特性系数
• 2.1.2 风速的数学模型
• 2.1.3 风力机的数学模型
• 2.1.4 桨距控制系统
• 2.2 双馈异步发电机的运行特性与数学模型
• 2.2.1 双馈异步发电机的基本特点
• 2.2.2 双馈异步发电机的稳态运行分析
• 2.2.3 双馈异步发电机的矢量控制策略
• 第三章 风力发电机低风速模糊控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 参考转速模糊逻辑推理系统
• 3.2.1 变速风力机的能量流动分析
• 3.2.2 控制器设计
• 3.2.3 参考转速模糊逻辑系统
• 3.3 转速自适应最优模糊控制
• 3.3.1 机组运动方程与转速控制
• 3.3.2 自适应最优模糊逻辑系统
• 3.3.3 最近邻聚类学习算法的改进
• 3.3.4 仿真实例
• 3.4 低风速变速控制仿真研究
• 3.5 低风速仿真结果分析
• 第四章 风力发电机高风速模糊控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 模糊控制的原理
• 4.2.1 模糊控制的基本思想
• 4.2.2 模糊控制的基本原理
• 4.3 模糊功率控制器的设计
• 4.3.1 模糊控制器设计方案
• 4.3.2 模糊控制器的设计
• 4.4 高风速变桨距控制仿真研究
• 4.5 高风速仿真结果的分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 1.5MW机组仿真参数
• 在学研究成果
• 致谢