双馈风力发电机励磁控制技术研究

论文摘要

随着风力发电技术的发展,虽然我国风力发电系统的加工制造与电气设备及机械的设计都已经接近或达到国际水平,但是影响电能质量和风电转换效率的核心控制技术,仍然是制约我国风力发电系统产业发展和具有完全自主知识产权的瓶颈。变速恒频双馈风力发电系统以其突出的优势已得到广泛的应用,而励磁控制技术是该系统的核心技术,因此对于变速恒频风力发电的励磁控制技术研究具有重要意义。本文将智能控制(变论域模糊控制)与矢量控制相结合的励磁控制方式应用于双馈风力发电系统,进行了仿真及实验研究。首先在研究变速恒频双馈风力发电系统基本理论基础上,根据定子磁场定向矢量控制理论,通过坐标变换建立了系统的有功功率、无功功率与励磁电流电压相关的解耦数学模型,为系统的设计以及仿真实验奠定了基础。其次,设计了一套双馈风力发电系统模拟实验平台；分析现有采用传统PID控制和常规模糊控制所存在的问题,针对双馈风力发电励磁控制系统具有的非线性、强耦合,且系统参数变化和外部扰动影响严重等特点,本文设计了基于变论域模糊控制的双馈风力机励磁控制系统,本控制器采用双闭环控制方式,以最优功率曲线为设定值的外环控制器采用变论域模糊控制策略,以电流为设定值的内环采用PID控制方式,改善了系统的动态响应特性和控制精确度。最后,在Matlab/Simulink环境下对变速恒频双馈风力发电系统在不同工况下进行了系统仿真研究,仿真试验验证了变论域模糊控制器不仅可以实现双馈风力发电系统有功和无功的独立控制,而且能够提高系统的动态性能以及自适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及其意义
• 1.2 风力发电的模型分类及控制技术特点
• 1.3 双馈风力发电机励磁控制相关技术现状
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 双馈风力发电系统的基本理论及模拟系统设计
• 2.1 双馈风力发电机基本原理与结构
• 2.2 双馈电机不同状态下的能量流动关系
• 2.3 三相坐标系下双馈风力发电机的数学模型
• 2.4 坐标变换和坐标变换矩阵
• 2.4.1 坐标变换的基本思路和原则
• 2.4.2 坐标变换矩阵
• 2.5 两相同步旋转坐标系下双馈风力发电系统的数学模型
• 2.6 双馈风力发电模拟系统的设计
• 2.6.1 双馈风力发电系统实验平台设计
• 2.6.2 整个系统实验平台总体结构
• 2.6.3 系统实验平台控制柜的设计
• 2.6.4 模拟实验系统的内部线路布局及工作原理
• 2.6.5 变频器的选择以及工作状况
• 2.7 本章小结
• 第三章 变论域模糊控制
• 3.1 引言
• 3.2 模糊控制的插值原理
• 3.3 双输入单输出分片插值器
• 3.4 变论域模糊控制
• 3.4.1 "可变论域"模糊控制思想
• 3.4.2 变论域自适应模糊控制系统
• 3.4.3 双输入单输出自适应模糊控制器的潜遗传和显遗传算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 双馈风力发电系统变论域模糊控制器
• 4.1 引言
• 4.2 双馈电机基于定子磁场定向控制的简化模型
• 4.2.1 双馈电机基于定子磁场定向控制的数学模型
• 4.2.2 磁链观测
• 4.2.3 双馈风力发电系统模型的简化
• 4.3 双馈风力发电励磁控制系统控制器设计
• 4.3.1 双馈风力发电系统变论域模糊控制器的设计
• 4.3.2 双馈风力发电系统变论域模糊控制矢量框图
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 Matlab语言
• 5.3 仿真及结果分析
• 5.3.1 有功功率调节仿真
• 5.3.2 无功功率调节仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢