變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能追蹤研究

【摘要】：隨著石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)燃料的枯竭及其燃燒對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染,作為可再生的綠色能源,風(fēng)能的開(kāi)發(fā)與利用對(duì)人們的生活具有十分重要的意義。目前,隨著各種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展,變速恒頻(VSCF, Variable Speed Constant Frequency)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因其高效性和實(shí)用性越來(lái)越多的受到廣泛的關(guān)注,成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 本文首先總結(jié)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)以及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電基本原理的基礎(chǔ)上,分析最大風(fēng)能追蹤的運(yùn)行原理和運(yùn)行區(qū)域,建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組空氣動(dòng)力學(xué)模型和傳動(dòng)系統(tǒng)模型。 其次,根據(jù)鼠籠式異步電機(jī)(SCIG, Squirrel Cage Induction Generator)的基本原理,建立了SCIG在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)進(jìn)行SCIG的坐標(biāo)變換,分析運(yùn)行特性及功率關(guān)系的基礎(chǔ)上采用在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向條件下鼠籠式異步電機(jī)矢量控制方法。 然后,在風(fēng)力機(jī)特性的基礎(chǔ)上,依據(jù)最佳葉尖速比與實(shí)際葉尖速比的誤差為輸入,期望電磁轉(zhuǎn)矩為輸出設(shè)計(jì)了On-Off控制器,并提出了基于On-Off控制的最大風(fēng)能追蹤方法。On-Off控制的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不依賴于系統(tǒng)模型,能較快的對(duì)風(fēng)速變化做出反應(yīng)。又根據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制原理,設(shè)計(jì)了滑動(dòng)平面和滑模控制率,提出了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的最大風(fēng)能追蹤方法。該方法不需要檢測(cè)風(fēng)速,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,動(dòng)態(tài)性能和魯棒性較好。 最后,應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件,建立了風(fēng)力機(jī)仿真模型、發(fā)電機(jī)仿真模型,通過(guò)對(duì)基于On-Off控制下的最大風(fēng)能追蹤和基于滑模變結(jié)構(gòu)控制下的最大風(fēng)能追蹤進(jìn)行仿真研究,并將仿真的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,仿真結(jié)果表明,兩種追蹤方法均可較好的實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤問(wèn)題。基于On-Off控制的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),但是在暫態(tài)性能上要弱于滑?？刂?而基于滑?？刂频淖畲箫L(fēng)能追蹤方法能較好的穩(wěn)定葉尖速比,使風(fēng)能利用系數(shù)達(dá)到最大值,能較迅速的實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤,但是滑?？刂频膶?shí)現(xiàn)較為困難,得出的仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文理論研究的正確性和有效性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力機(jī) 變速恒頻 最大風(fēng)能追蹤 On-Off控制 滑模變結(jié)構(gòu)控制
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)12-17
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)14-15
• 1.2.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)15-17
• 1.3 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)概述17-20
• 1.3.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制目標(biāo)17-18
• 1.3.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制方法18-19
• 1.3.3 最大風(fēng)能跟蹤控制策略19-20
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排20-23
• 1.4.1 本文的主要研究?jī)?nèi)容20
• 1.4.2 本文的章節(jié)安排20-23
• 第二章 建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 最大風(fēng)能追蹤原理24-27
• 2.2.1 最大風(fēng)能追蹤基本原理24-26
• 2.2.2 最大風(fēng)能追蹤運(yùn)行區(qū)域26-27
• 2.3 建立傳動(dòng)系統(tǒng)模型27-29
• 2.4 建立異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型29-36
• 2.4.1 異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型29-34
• 2.4.2 異步電機(jī)的矢量控制策略34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 基于On-Off控制的最大風(fēng)能追蹤研究37-43
• 3.1 引言37
• 3.2 On-Off控制方法研究37-38
• 3.3 基于On-Off控制的最大風(fēng)能追蹤38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第四章 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的最大風(fēng)能追蹤研究43-51
• 4.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論43-44
• 4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制方法44-46
• 4.3 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的最大風(fēng)能追蹤46-50
• 4.3.1 設(shè)計(jì)滑動(dòng)平面46-47
• 4.3.2 設(shè)計(jì)滑?？刂坡?/span>47-49
• 4.3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能追蹤仿真研究51-65
• 5.1 仿真環(huán)境概述51
• 5.2 建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型51-53
• 5.2.1 風(fēng)力機(jī)的仿真模型51-52
• 5.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型52
• 5.2.3 鼠籠式電機(jī)系統(tǒng)仿真模型52-53
• 5.3 建立控制系統(tǒng)仿真模型53-55
• 5.3.1 On-Off控制系統(tǒng)仿真模型53-54
• 5.3.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)仿真模型54-55
• 5.4 控制系統(tǒng)仿真分析55-63
• 5.4.1 基于On-Off控制系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)仿真分析55-56
• 5.4.2 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)仿真分析56-58
• 5.4.3 基于On-Off控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真分析58-60
• 5.4.4 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真分析60-62
• 5.4.5 仿真結(jié)果對(duì)比分析62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 第六章 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 作者簡(jiǎn)介71
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71-73
• 致謝73

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