前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組無刷勵磁控制研究

【摘要】：風(fēng)能被廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。我國風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)容量正在逐年增加,大容量風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行必然會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。目前,對風(fēng)電機(jī)組的研究主要圍繞著直驅(qū)永磁機(jī)組和雙饋機(jī)組。前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組采用同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng),具有獨(dú)立的無刷勵磁系統(tǒng),保證了發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定,提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。勵磁控制系統(tǒng)的性能直接影響著風(fēng)電機(jī)組以及電力系統(tǒng)的運(yùn)行。因此,針對前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的無刷勵磁控制進(jìn)行研究,能夠積極推動我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展。本文在闡述了前端調(diào)速式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行研究。在理想條件下,分別建立三相坐標(biāo)和兩相坐標(biāo)下的同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型。對無刷勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行研究,建立無刷勵磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。針對直接并網(wǎng)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)非線性、時(shí)變性及風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況多變等特點(diǎn),采用了一種基于粒子群優(yōu)化的同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的變論域模糊PID控制方法,實(shí)現(xiàn)了同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)在全工況下的自適應(yīng)控制,提高了發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,基于粒子群優(yōu)化的變論域模糊PID控制在動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能上優(yōu)于PID控制,驗(yàn)證了該方法的正確性。由于無刷勵磁系統(tǒng)中的交流勵磁機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié),較大時(shí)間常數(shù)會對控制產(chǎn)生時(shí)滯影響,針對這一問題,本文采用一種灰色預(yù)測模糊PID勵磁控制方法,提高了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度,實(shí)現(xiàn)快速勵磁。通過發(fā)電機(jī)的派克方程建立GM(1,1)預(yù)測模型,采集發(fā)電機(jī)端的輸出電壓作為GM(1,1)預(yù)測模型的輸入,預(yù)測出發(fā)電機(jī)電壓的變化趨勢。實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測,超前控制。仿真結(jié)果表明,基于灰色預(yù)測模糊PID勵磁控制在超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間上優(yōu)于變論域模糊PID控制,驗(yàn)證了該方法的有效性。針對電網(wǎng)故障條件下可能導(dǎo)致同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失步,甚至引起電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩的問題,本文在單勵磁調(diào)節(jié)作用的基礎(chǔ)上,增加雙模糊PSS(Power System Stabilizer,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)作為附加勵磁控制,并對復(fù)合勵磁控制進(jìn)行仿真研究,分析三相短路故障情況下發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性,仿真結(jié)果表明,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可以在電網(wǎng)故障情況下為系統(tǒng)提供阻尼,有效抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩,提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組 無刷勵磁 變論域 灰色預(yù)測 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 論文的研究背景和研究意義10-13
• 1.1.1 論文的研究背景10-12
• 1.1.2 論文的研究意義12-13
• 1.2 論文的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容15-16
• 2 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行理論16-25
• 2.1 前端調(diào)速式風(fēng)電機(jī)組的基本原理16-17
• 2.2 同步發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)17-18
• 2.2.1 無刷勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)17
• 2.2.2 無刷勵磁系統(tǒng)的工作原理17-18
• 2.3 同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型18-22
• 2.3.1 三相坐標(biāo)下同步發(fā)電機(jī)模型19-21
• 2.3.2 兩相坐標(biāo)下同步發(fā)電機(jī)模型21-22
• 2.4 勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.5 小結(jié)24-25
• 3 基于變論域模糊PID勵磁控制25-36
• 3.1 常規(guī)PID勵磁控制25-26
• 3.2 模糊PID勵磁控制26-27
• 3.3 變論域模糊PID控制器設(shè)計(jì)27-31
• 3.3.1 變論域理論27-28
• 3.3.2 變論域伸縮因子28-29
• 3.3.3 伸縮因子參數(shù)優(yōu)化29-31
• 3.4 仿真結(jié)果與分析31-34
• 3.5 小結(jié)34-36
• 4 基于灰色預(yù)測模糊PID勵磁控制36-42
• 4.1 灰色系統(tǒng)與灰色預(yù)測36-37
• 4.1.1 灰色系統(tǒng)36
• 4.1.2 灰色預(yù)測36-37
• 4.2 灰色預(yù)測模糊PID控制器設(shè)計(jì)37-39
• 4.2.1 灰色預(yù)測模型37-38
• 4.2.2 灰色預(yù)測模糊PID控制結(jié)構(gòu)38-39
• 4.3 仿真結(jié)果與分析39-41
• 4.4 小結(jié)41-42
• 5 基于雙模糊的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器42-50
• 5.1 常規(guī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器42-44
• 5.1.1 常規(guī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入42-43
• 5.1.2 常規(guī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)43-44
• 5.2 雙模糊電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)44-45
• 5.3 雙模糊電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)45-47
• 5.3.1 輸入輸出變量45
• 5.3.2 模糊化45-46
• 5.3.3 模糊規(guī)則46-47
• 5.3.4 去模糊化47
• 5.4 仿真結(jié)果與分析47-49
• 5.5 小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-55
• 攻讀學(xué)位期間研究成果55

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