直驅(qū)風電機組子控制器的無擾切換研究

【摘要】：隨著化石能源的日益消耗和環(huán)境污染的加重,風力發(fā)電作為一種新型的可再生能源,因其具有發(fā)電成本低、對環(huán)境無污染等優(yōu)點,越來越受到世界各國研究者的重視。隨著風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,直驅(qū)永磁風力發(fā)電以其結(jié)構(gòu)優(yōu)點,成為了風力發(fā)電系統(tǒng)中最具發(fā)展?jié)摿Φ姆绞街伙L力發(fā)電系統(tǒng)是一個具有多工況、多控制器的復(fù)合型控制系統(tǒng),不同工況的轉(zhuǎn)換具有隨機性,子控制器之間能否無擾切換,對系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性顯得尤為重要。本文將以風電機組運行過程中的兩個典型工況的子控制器作為研究對象,重點對子控制器的切換策略進行研究,主要工作如下：(1)本文介紹了風電產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀,重點闡述了在風速達到額定風速前后的兩個工況下,子控制器及其切換策略的研究現(xiàn)狀?；趯χ彬?qū)式永磁風電機組基本結(jié)構(gòu)以及工作原理的深入研究分析,建立了風力機、發(fā)電機以及變流器的數(shù)學模型,為后續(xù)子控制器的設(shè)計以及切換策略的研究奠定了基礎(chǔ)。(2)基于對風速在額定風速上下的兩個工況,對子控制器的控制策略進行研究,并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型。在風速低于額定風速的最大風能追蹤階段,采用基于電機轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制調(diào)制策略,對機側(cè)變流器進行控制,實現(xiàn)最大風能捕獲,采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制調(diào)制策略,對網(wǎng)側(cè)變流器進行控制,實現(xiàn)有、無功功率的解耦控制,保證直流側(cè)電壓保持穩(wěn)定：在風速高于額定風速的恒功率控制階段,采用基于模糊算法的變槳距控制,實現(xiàn)減少風能吸收,使輸出功率穩(wěn)定在額定功率的控制目標。(3)基于對子控制器切換過渡過程控制系統(tǒng)控制量突變的特點及原因的深入研究,采用自抗擾控制器安排電機轉(zhuǎn)子電流過渡過程,達到抑制切換過程中引起的電機轉(zhuǎn)子電流突變的切換控制目標,降低了由于子控制器切換引起的輸出功率突變,提高了發(fā)電質(zhì)量。并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,驗證了子控制器切換策略的可行性。(4)針對自抗擾控制器參數(shù)較多,整定較為復(fù)雜的特點,引入粒子群算法基于風電仿真模型對自抗擾控制器參數(shù)進行尋優(yōu)整定。仿真結(jié)果表明了粒子群算法對自抗擾控制器參數(shù)整定的有效性。 【關(guān)鍵詞】：風力發(fā)電 永磁發(fā)電機 無擾切換 自抗擾控制
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 課題意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 風電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀15-21
• 1.3.1 風力發(fā)電系統(tǒng)15-17
• 1.3.2 永磁風電系統(tǒng)控制策略研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.3 控制器間無擾切換研究發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容21-23
• 2 直驅(qū)式永磁風電機組運行原理與建模23-35
• 2.1 直驅(qū)式風電機組的基本結(jié)構(gòu)和運行原理23
• 2.2 直驅(qū)式風電系統(tǒng)主要組成部分數(shù)學模型23-33
• 2.2.1 風力機數(shù)學模型23-25
• 2.2.2 永磁同步發(fā)電機數(shù)學模型25-30
• 2.2.3 變流器數(shù)學模型30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-35
• 3 直驅(qū)風電機組子控制器設(shè)計與仿真分析35-61
• 3.1 最大風能跟蹤階段控制器設(shè)計35-49
• 3.1.1 最大風能跟蹤原理35
• 3.1.2 矢量控制調(diào)制策略35-39
• 3.1.3 變流器控制策略分析39-42
• 3.1.4 建模與仿真分析42-49
• 3.2 恒功率運行階段控制器設(shè)計49-59
• 3.2.1 變槳距控制策略分析49-50
• 3.2.2 模糊控制原理50-51
• 3.2.3 基于模糊算法的槳距角控制器設(shè)計51-55
• 3.2.4 建模與仿真分析55-59
• 3.3 本章小結(jié)59-61
• 4 基于自抗擾算法的子控制器切換研究61-77
• 4.1 自抗擾控制的基本原理61-65
• 4.1.1 跟蹤微分器TD62-63
• 4.1.2 擴張狀態(tài)觀測器ESO63-64
• 4.1.3 非線性狀態(tài)誤差反饋控制律NLSEF64
• 4.1.4 自抗擾控制算法分析64-65
• 4.2 子控制器切換算法分析65-70
• 4.2.1 子控制器切換過程特點65-68
• 4.2.2 自抗擾切換控制器設(shè)計68-70
• 4.3 自抗擾控制器的參數(shù)整定70-72
• 4.3.1 跟蹤微分器TD參數(shù)整定71
• 4.3.2 擴張狀態(tài)觀測器ESO參數(shù)整定71
• 4.3.3 非線性反饋控制律NLSEF參數(shù)整定71-72
• 4.4 建模與仿真分析72-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 5 基于粒子群算法的自抗擾切換控制器參數(shù)優(yōu)化77-85
• 5.1 粒子群算法理論分析77-79
• 5.1.1 粒子群算法基本原理77
• 5.1.2 粒子群算法參數(shù)設(shè)置77-78
• 5.1.3 粒子群算法基本流程78-79
• 5.2 自抗擾控制器參數(shù)優(yōu)化79-80
• 5.2.1 適應(yīng)度函數(shù)的選取80
• 5.2.2 參數(shù)初始化80
• 5.3 仿真結(jié)果分析80-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 6 結(jié)論85-87
• 6.1 工作總結(jié)85
• 6.2 不足與展望85-87
• 參考文獻87-91
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果91-95
• 學位論文數(shù)據(jù)集95

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