大型風(fēng)電機組載荷與功率協(xié)同控制功率優(yōu)化方法研究

【摘要】：近年來由生態(tài)系統(tǒng)被破壞而引發(fā)的問題越來越多，人類與自然賴以生存的關(guān)系如何協(xié)調(diào)人類社會的發(fā)展，如何改善溫室氣體升高和地球變暖的生態(tài)難題，已經(jīng)成為人類發(fā)展不可忽略的問題。處于能源多元化發(fā)展的今天，在新能源的探索過程中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為能源形式變革的先鋒。作為現(xiàn)階段成本較低發(fā)展速度最快的可再生能源技術(shù)，因為風(fēng)資源豐富且永不枯竭，使風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有望能成為世界節(jié)能減排實現(xiàn)生態(tài)環(huán)?？沙掷m(xù)的重要推力。在以傳統(tǒng)的火力發(fā)電和水利發(fā)電的今天，風(fēng)力發(fā)電機以其環(huán)保、清潔、成本低、能量轉(zhuǎn)換率高的特點帶來了能源市場的新變革。風(fēng)電行業(yè)通過政府出臺的鼓勵發(fā)展可在能源的政策正迅速的發(fā)展。隨之而來的如何改善風(fēng)電機組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換率，如何減少風(fēng)電機組運行中產(chǎn)生的載荷問題成為人們關(guān)注的主要課題。而變速變槳風(fēng)力發(fā)電機能夠在提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換速率的同時改善由機械裝置產(chǎn)生的疲勞載荷。變速變槳風(fēng)電機組能夠?qū)崿F(xiàn)在最大功率追蹤時進(jìn)行功率與載荷的協(xié)同控制。 本課題以并網(wǎng)發(fā)電的變速變槳的雙饋異步發(fā)電機為研究背景，針對大型風(fēng)電機組的功率優(yōu)化問題，采用了一種變步長爬山搜索的功率追蹤方法來進(jìn)行功率追蹤和功率優(yōu)化。大型風(fēng)電機組功率與載荷如何進(jìn)行協(xié)同控制，如何實現(xiàn)功率與載荷的優(yōu)化到如今還沒有解決。本文選用雙饋異步發(fā)電機作為風(fēng)電機組的發(fā)電機，分析了變速變槳風(fēng)電機組的控制策略及雙饋異步發(fā)電機的工作原理，重點研究了風(fēng)電機組的最大功率追蹤方法，變步長的爬山搜索算法如何實現(xiàn)最大功率的快速追蹤。通過變速變槳控制策略的研究，建立了雙饋風(fēng)力發(fā)電機DGIF的數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)建了變槳距的控制模型。本文以變步長的爬山算法作為控制核心，搭建了軟件控制平臺，以2MW的變速變槳雙饋風(fēng)力發(fā)電機為控制對象，在MATLAB/Bladed軟件進(jìn)行仿真。 本課題的試驗結(jié)果表明變步長的爬山搜索法能夠?qū)崿F(xiàn)快速風(fēng)電機組的功率優(yōu)化和追蹤，與傳統(tǒng)的功率控制算法相比算法更加簡單且不需要風(fēng)速、功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)先決條件，并且能夠獲得較高的風(fēng)能利用率，驗證了變速變槳風(fēng)電機組功率優(yōu)化算法方案的可行性，仿真結(jié)果表明變步長爬山算法可以很好的實現(xiàn)風(fēng)電機組的功率優(yōu)化。 【關(guān)鍵詞】：雙饋風(fēng)力發(fā)電機 變槳距控制 變步長爬山搜索算法 風(fēng)能利用系數(shù) 最大功率追蹤
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)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
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 風(fēng)電機組功率優(yōu)化算法的研究背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.3 變速變槳風(fēng)力發(fā)電機組的功率優(yōu)化方法研究近況11-13
• 1.4 本課題研究主要內(nèi)容13-14
• 第2章 變速變槳距風(fēng)電機組的基本控制14-30
• 2.1 變速變槳距系統(tǒng)的控制策略研究15-17
• 2.2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換的基本原理及空氣動力學(xué)17-21
• 2.2.1 空氣動力學(xué)原理17-19
• 2.2.2 貝茲理論19
• 2.2.3 平均風(fēng)速模型19-21
• 2.3 變速變槳距的雙饋感應(yīng)發(fā)電機控制21-25
• 2.3.1 變速變槳距的雙饋異步發(fā)電機控制基本原理21-22
• 2.3.2 變速變槳的雙饋風(fēng)力發(fā)電機的模構(gòu)建型22-25
• 2.4 雙 PWM 變流器及逆變器控制技術(shù)25-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 變槳距功率優(yōu)化的控制策略優(yōu)化方法研究30-37
• 3.1 變槳距雙饋異步發(fā)電機的功率控制30-33
• 3.2 變槳距雙饋異步發(fā)電機的控制器設(shè)計33-36
• 3.2.1 槳距制動器設(shè)計34
• 3.2.2 槳距控制模型34-36
• 3.3 本章小結(jié)36-37
• 第4章 變速變槳距風(fēng)電機組功率優(yōu)化算法研究37-46
• 4.1 最大風(fēng)能追蹤過程37-39
• 4.2 有效風(fēng)速模擬39-41
• 4.3 常用的幾種功率優(yōu)化控制算法研究41-45
• 4.3.1 葉尖速比功率跟蹤控制41
• 4.3.2 基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的功率控制41-42
• 4.3.3 幾種新型的功率優(yōu)化控制方法42-43
• 4.3.4 爬山搜索功率優(yōu)化控制43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第5章 變步長爬山的功率優(yōu)化控制算法仿真46-58
• 5.1 風(fēng)能利用系數(shù)仿真46-51
• 5.2 變步長爬山搜素算法控制機制51-52
• 5.3 變步長爬山算法研究52-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第6章 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 在學(xué)研究成果62-63
• 致謝63

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