直驱型永磁同步风力发电变桨距控制研究

论文摘要

风能是一种清洁的可再生能源,地球上的风能资源不仅蕴量丰富,而且分布范围广泛。当前,传统能源、电力紧缺及环境污染问题日益严重,开发利用风能等可再生能源成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分,风力发电是当今新能源开发利用中技术成熟、最具备开发条件的项目。在风力发电中控制技术占有越来越重要的地位,本文以额定风速以上系统输出恒功率为目标,基于直驱型永磁同步风能转换系统对变桨距控制问题进行了研究。本文以系统各部分的数学模型为基础,分析并建立了直驱型永磁同步风能转换系统的非线性数学模型。在该数学模型的基础上,以功率偏差为控制输入,以实际经验为依据确定了模糊论域和模糊规则库,以额定风速以上系统输出恒功率为目标,设计了模糊PID控制器,利用simulink中的S函数来构建该控制器模块,并在Matlab/Simulink中建立了直驱型永磁同步风力发电控制系统的仿真模型,仿真结果表明了控制方法的有效性和合理性。为了克服模糊PID控制器依赖于实际经验设计规则库以及系统输出容易出现超调的缺点,本文以功率偏差为控制器输入信号设计了一种基于自抗扰算法的风能转换系统变桨距控制器。该控制器通过选择恒功率输出运行时的一个平衡点进行数理分析,得出桨距角调整率与功率偏差之间的微分方程,构成非线性控制律计算控制量。最后,在阵风叠加随机风的作用下进行仿真研究,仿真结果表明该控制器能够有效的控制桨距角,可以实现额定风速以上时系统输出功率恒定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源和背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的背景和意义
• 1.2 国内外风力发电的现状及趋势
• 1.3 风能转换系统的控制策略
• 1.3.1 风能转换系统的控制目标
• 1.3.2 风能转换系统的控制技术
• 1.4 论文的研究工作
• 第二章 直驱型永磁同步风能转换系统模型
• 2.1 概述
• 2.2 风轮模型
• 2.3 永磁同步发电机模型
• 2.4 直驱型永磁同步风能转换系统模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 直驱型永磁同步风电系统的模糊PID 变桨控制
• 3.1 概述
• 3.2 基于直驱型永磁同步风电系统的模糊控制器设计
• 3.2.1 模糊化
• 3.2.2 模糊控制规则
• 3.2.3 反模糊化
• 3.2.4 基于simulink 的模糊PID 控制器模块实现
• 3.3 仿真与研究
• 3.3.1 系统仿真模块图
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 直驱型永磁同步风电系统的变桨自抗扰控制
• 4.1 概述
• 4.2 自抗扰控制器基础知识
• 4.2.1 非线性PID 与经典PID 的区别
• 4.2.2 自抗扰技术的应用
• 4.3 基于直驱型永磁同步风电系统的自抗扰控制器设计
• 4.3.1 自抗扰控制器微分方程
• 4.3.2 自抗扰控制器应用
• 4.4 仿真与研究
• 4.4.1 系统仿真模块图
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文