风力发电机组最大功率点跟踪控制系统的研究

论文摘要

本文主要研究变速风力发电系统最大功率点的跟踪问题,以使风力机在处于额定风速以下时能够实现最大风能捕获。风力发电系统所采用的功率变流器和最大功率点的跟踪控制策略提供了基本的研究平台,以完成本课题的研究。为了将风能输送给电网,变速风力机要有变流器将发电机发出的电压和频率都不断改变的电能转换成恒频恒压的电能,再传输给电网。本文采用了变速风力机,永磁发电机,三相AC-DC-DC-AC变流器,变压器等构建了变速风力发电系统。AC-DC-DC-AC变流器用于将永磁发电机发出的电压和频率都不断改变的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性,本文专门研究了单重Sepic变换器和双重Sepic变换器在变速风力发电系统中所起的作用。一个先进的变速风力发电系统的最大功率点跟踪控制策略要对所控制的风力机起到良好的控制效果,不仅与风电系统所采用的变流器的拓扑结构有关,也与自身的控制方式有关。本文在对常用的几种最大功率点的跟踪控制策略分析研究的基础上提出了以风力机的输出功率和系统储能的变化率以及风力机转速等相关数据来确定风力机的实际工作点的最大功率点跟踪控制策略,该策略的实施不依赖于风力机自身的特性,不需要测量风速等。由于对变速风力机的建模和仿真是理解和验证风力发电系统特性和最大功率点跟踪控制策略的可行性的重要手段。因此本文在Matlab软件的Simulink环境下对所研究的变速风力发电系统作了建模和仿真。仿真结果充分证明了本文所提出的变速风力发电系统最大功率点跟踪控制策略的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开发风能的重要意义
• 1.1.1 丰富的风能资源
• 1.1.2 与传统能源相比风能存在的优势
• 1.2 世界风电技术发展趋势
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 风力机的变速运行原理
• 2.1 风能转换的基本原理
• 2.2 风力发电机组类型的分类
• 2.2.1 恒速定桨距失速调节型风力发电机组
• 2.2.2 恒速变桨距调节型风力发电机组
• 2.2.3 变速恒频风力发电机组
• 2.3 风力机能量转换的基本原理
• 2.4 变速风力机最大功率点跟踪原理
• 第三章 变速风力发电系统拓扑结构的设计
• 3.1 变速风力发电系统的设计
• 3.2 发电机的变速运行原理
• 3.3 三相不控整流电路
• 3.4 双重SEPIC 变换器的特性
• 3.5 电压源型逆变器
• 3.5.1 三相并网型电压源逆变器的数学模型
• 3.5.2 有功和无功功率的输出控制
• 3.5.3 直接电流控制型
• 第四章 最大功率点跟踪控制系统的设计
• 4.1 最大功率点跟踪算法的分类
• 4.1.1 叶尖速比控制算法Tip-Speed-Ratio （TSR） Control
• 4.1.2 功率信号反馈算法 Power Signal Feedback （PSF） Control
• 4.1.3 登山搜索算法 Hill-Climb Searching （HCS） Control
• 4.2 最大功率点跟踪控制系统的设计
• 4.3 对于大惯性风力机控制方式的改进
• 4.4 风力机最大功率点快速跟踪问题的研究
• 4.5 风力机输出功率波动量问题的研究
• 4.6 大惯性风力机最大功率点快速跟踪系统的设计
• 第五章 变速风力发电系统的仿真与分析
• 5.1 风力发电系统仿真模型的建立
• 5.2 风力发电机的转速的控制
• 5.3 小惯性风力发电机最大功率点的跟踪控制
• 5.4 大惯性风力发电机最大功率点的跟踪控制
• 5.5 大惯性风力发电机最大功率点的快速跟踪控制
• 5.6 大惯性风力发电机在稳态时输出功率的波动问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文