风力机桨距及无功补偿器的自调整模糊控制研究

论文摘要

随着能源危机的不断加剧,新能源发电成为迫切的需求。风力发电由于开发潜力大而得到了较快的发展,越来越多的风电机组投入并网运行。风电机组中的异步发电机在风能波动和电网发生扰动时需要吸收大量的无功功率,以维持机组的正常运行和电压稳定。采用并联无功补偿装置来提供无功,是改善风电机组输出功率和稳定电压的较好方法,静止无功发生器SVG是FACTS中较好的补偿装置,研究SVG的控制策略,使其在风电机组需要无功时能提供较好的无功补偿,这对风电机组的运行和电压性能的调节具有重要的意义。本文首先研究了SVG的基本工作原理和工作方式,通过推导建立了其数学模型,并对主要参数进行了选择。研究了基于瞬时无功理论的SVG无功电流检测方法,研究了SVG电流间接控制和直接控制的基本方法,并在此基础上设计了SVG的传统PI控制器,进行补偿控制。详细分析了风电系统的组成及特点,分别对风速、风力机、发电机的相关理论进行了分析,并建立了各自的数学模型,这为风电系统的仿真研究打下了基础。由于风电系统具有较强的非线性,在采用传统PI方法对接入风电系统的SVG进行控制时,接入的SVG对风电机组提供的补偿效果不太理想,本文提出采用自调整模糊控制方法对SVG进行控制,它具有较强的鲁棒性及全局优化的特点。研究了自调整模糊控制器的组成及控制规则设计的相关理论。设计了SVG的自调整模糊控制器,把采用此控制方法的SVG应用到风电机组的补偿中,可在风速波动和电网扰动时发挥更好的补偿效果,较好地调节电压性能。最后,为了更好地稳定风电机组的输出功率及电压,本文研究了风力机的桨距调节系统,桨距调节对机组输出功率的稳定有很大影响。针对风机桨距非线性动态变化的特点,尝试把自调整模糊控制引入到桨距调节中,设计了模糊变桨距控制器代替PI变桨距,可以大大提高桨距调节的性能,在风速波动和扰动发生时,能较快稳定发电机的输出功率,同时对并网电压性能也起到积极的改善作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 风力发电的概况及无功补偿的发展与现状
• 1.2.1 风力发电的概况
• 1.2.2 无功补偿的发展与现状
• 1.3 SVG控制系统的发展与现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 SVG的基本工作原理及风力发电系统组成
• 2.1 引言
• 2.2 SVG的基本工作原理及其特性分析
• 2.2.1 SVG的基本类型
• 2.2.2 SVG的基本工作原理
• 2.2.3 SVG的伏安工作特性曲线
• 2.3 SVG的动态数学模型分析
• 2.4 SVG电路主要参数的选取
• 2.5 风力发电系统的组成
• 2.6 风力发电系统各组成部分的数学模型
• 2.6.1 风速模型
• 2.6.2 风力机模型
• 2.6.3 异步发电机模型
• 2.7 本章小结
• 第3章 SVG的自调整模糊控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 SVG无功电流的检测
• 3.2.1 瞬时无功功率理论
• 3.2.2 基于瞬时无功理论的检测方法
• 3.3 SVG的基本控制理论及PI控制器设计
• 3.3.1 电流的间接控制方法
• 3.3.2 电流的直接控制方法
• 3.3.3 PI调节控制器设计
• 3.4 自调整模糊控制的基本原理
• 3.4.1 自调整模糊控制器的组成
• 3.4.2 带有因子变化的自调整模糊控制器设计
• 3.5 SVG的自调整模糊控制器设计
• 3.6 SVG的自调整模糊控制在风力发电系统中的应用
• 3.6.1 SVG接入风电系统的仿真结构图
• 3.6.2 风速波动变化下的仿真运行
• 3.6.3 电网发生扰动下的仿真运行
• 3.7 本章小结
• 第4章 风电机组的自调整模糊变桨距控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 风力机桨距控制系统的模式分析
• 4.3 自调整模糊变桨距控制器设计
• 4.4 模糊变桨距控制与SVG协调控制下的仿真运行
• 4.4.1 模糊变桨距控制与SVG的PI控制下的协调仿真
• 4.4.2 模糊变桨距控制与SVG自调整模糊控制下的协调仿真
• 4.4.3 电网发生扰动时模糊变桨距与SVG模糊控制下的协调仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢