双馈风力发电系统自抗扰控制技术研究

论文摘要

变速恒频风力发电系统的变速范围宽,风能利用效率高,广泛应用于大容量并网型风力发电系统中,具有良好的应用前景。通常对于采用双馈电机的变速恒频风力发电系统,多应用矢量变换方法和PI控制器进行控制。此控制方法依赖于电机参数,电机参数变化时,控制效果会受到影响。本文将自抗扰控制技术引入双馈风力发电系统控制,以提高系统的抗发电机参数扰动性。本文首先在变速恒频风力发电系统的基本原理和各部分数学模型基础之上,结合矢量变换原理,给出了三相静止坐标系下数学模型和两相同步坐标系的数学模型以及基于定子磁场定向下的双馈电机数学模型。然后对并网控制进行分析,将自抗扰控制技术应用于空载并网控制,设计了应用于双馈风力发电并网控制的自抗扰控制器。对并网后的系统进行详细分析,将自抗扰控制技术应用于并网解耦控制,推导出并网后功率解耦控制规律,设计了用于功率解耦控制的自抗扰控制器。建立了并网前各单元仿真模型,对风速变化情况下电机定子电压调节过程进行了仿真分析,对启动过程和电机参数变化情况下系统工作情况与PI控制进行了仿真对比分析,得出自抗扰控制在空载并网控制中具有无超调,快速性和鲁棒性。建立了并网后各单元仿真模型,实现并网后功率解耦控制仿真。采用自抗扰控制器和PI控制器分别对有功功率从零建立情况和随电机参数变化情进行仿真对比分析,得出自抗扰控制器在并网后有功无功解耦控制中具有很强的鲁棒性和适用性。

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 风力发电系统及其控制技术研究状况概述
• 1.2.1 风力发电系统概述
• 1.2.2 风力发电系统控制策略研究概述
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 双馈风力发电的基本原理和数学模型
• 2.1 双馈风力发电系统基本原理
• 2.1.1 双馈风力发电系统基本概念
• 2.1.2 双馈电机的能量传递关系
• 2.2 风力机数学模型
• 2.3 双馈风力发电机的数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系下双馈电机数学模型
• 2.3.2 两相同步坐标系下双馈电机数学模型
• 2.3.3 双馈电机定子磁场定向下的数学模型
• 2.4 小结
• 第3章 自抗扰控制器设计方法
• 3.1 自抗扰控制器的基本原理
• 3.1.1 跟踪微分器（TD）的设计
• 3.1.2 扩张状态观测器（ESO）的设计
• 3.1.3 非线性反馈控制率（NLSEF）的设计
• 3.2 自抗扰控制器的参数整定
• 3.2.1 跟踪微分器参数整定
• 3.2.2 非线性反馈控制率参数整定
• 3.2.3 扩张状态观测器参数整定
• 3.3 仿真实例
• 3.3.1 一阶对象仿真
• 3.3.2 二阶对象仿真
• 3.4 小结
• 第4章 基于自抗扰控制技术的双馈风力发电并网前控制研究
• 4.1 并网控制概述
• 4.1.1 空载并网方式
• 4.1.2 负载并网方式
• 4.2 采用自抗扰控制技术的空载并网控制
• 4.3 空载并网单元仿真模型建立
• 4.3.1 双馈电机空载并网仿真模型
• 4.3.2 定子磁链观测器仿真模型
• 4.3.3 控制器仿真模型
• 4.3.4 空载并网系统仿真模型
• 4.4 空载并网运行仿真分析
• 4.4.1 采用自抗扰控制器时空载并网控制仿真研究
• 4.4.2 采用PI 控制和自抗扰控制并网控制效果比较
• 4.5 小结
• 第5章 基于自抗扰控制技术的风力发电有功无功解耦控制研究
• 5.1 双馈电机有功和无功控制基本原理
• 5.2 采用自抗扰控制技术的功率解耦控制
• 5.3 功率控制各单元仿真模型建立
• 5.3.1 风力机仿真模型
• 5.3.2 解耦控制的双馈电机模型
• 5.3.3 磁链观测和功率检测模型
• 5.3.4 自抗扰控制器单元仿真模型
• 5.3.5 功率解耦控制系统仿真模型
• 5.4 功率解耦控制仿真波形分析
• 5.4.1 采用自抗扰控制器的仿真波形
• 5.4.2 采用PI 和自抗扰控制的功率解耦控制比较
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢