双馈风力发电机最佳转速跟踪控制

论文摘要

能源和环境问题越来越严重,风能是一种无污染可再生的绿色能源,对风能进行开发和利用可以有效地解决能源和环境的紧迫问题。本文首先分析了双馈风力发电系统及其控制运行原理,研究了风力机的基本特性和最大风能捕获原理,研究了双馈发电机在三相静止ABC坐标系下的基本数学方程以及两相同步旋转q-d坐标系下的数学方程,由此得出双馈发电机状态空间描述并形成控制问题。其次在风速变化情况下,变速双馈风力发电机运行过程中控制算法难以获取理想参考值。在额定风速以下,采用动态模糊神经网络建立了发电机最佳角速度的网络辨识模型。该网络模型学习算法的特点是参数和结构的调整同时进行,且学习速度快。通过学习训练,该模型能够在风速变化时快速给出使机组达到最优运行的最佳角速度,能为制定合理的运行控制策略提供有益的参考。仿真结果证明了该模型的正确性和有效性。最后针对变速风力发电机组在额定风速下捕获最大风能的控制目标,设计了发电机角速度切换“最优”跟踪控制系统。在不同的角速度范围内,采用不同的系统参数来设计发电机角速度最优跟踪控制器,使得当发电机运行到某一角速度范围内时,便切换到相应的控制器下。其控制是通过控制发电机转子侧的电压来调节发电机的角速度,从而跟踪最佳角速度。仿真的结果表明,所设计的控制器能很好地跟踪最佳转速,具有良好的动、静态性能,实现了最大风能的捕获,提高了风电转换效率,对控制实际系统的运行具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外风力发电发展状况
• 1.2.1 国外风力发电发展状况
• 1.2.2 国内风力发电发展状况
• 1.3 风力发电机组主要机型及其控制技术
• 1.3.1 定桨距失速型机组及其控制技术
• 1.3.2 变桨距机组及其控制技术
• 1.3.3 变速风力发电机组及其控制技术
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第二章 变速双馈风力发电基本理论
• 2.1 变速风力发电系统基本组成及控制运行原理
• 2.2 风力机基本理论
• 2.2.1 贝兹理论
• 2.2.2 风力机特性系数
• 2.2.3 最大风能捕获原理
• 2.3 双馈发电机基本数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系下发电机的数学模型
• 2.3.2 坐标变换和变换矩阵
• 2.3.3 两相同步旋转坐标系下发电机模型
• 2.3.4 系统模型及控制问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 发电机最佳角速度辨识
• 3.1 动态模糊神经网络
• 3.2 发电机最佳角速度辨识模型的建立
• 3.2.1 辨识模型的结构
• 3.2.2 动态模糊神经网络的学习算法
• 3.3 辨识仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 最优跟踪切换控制
• 4.1 切换控制
• 4.1.1 切换系统的结构
• 4.1.2 切换系统的基本特性
• 4.2 切换"最优"跟踪控制器设计
• 4.2.1 模型规范化
• 4.2.2 切换"最优"跟踪控制器设计
• 4.3 角速度切换控制仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢