兆瓦级风力发电机组的建模与控制研究

论文摘要

随着传统常规能源日渐枯竭及其对地球环境造成的严重污染,世界各国政府都相继投入大量资金用于新能源和可再生能源的开发和利用。风能是一种清洁、无污染的可再生能源,风力发电是当前人类利用风能的主要形式。我国有着十分丰富的风能资源。近年来,我国的风电产业发展十分迅速。但是,目前我国风力发电机组的自主研发能力明显不足,特别是兆瓦级大型风力发电机组的研发水平明显滞后于欧美等发达国家。因此,开发高性能、大容量的兆瓦级风力发电机组将成为我国风电事业发展的必然方向。因此本文首先就兆瓦级变速恒频风力发电机组各组成部分的动态数学模型做了研究。随后讨论了变速恒频风力发电机组的矢量变换控制策略以及最大风能追踪原理。并在matlab的simulink仿真环境中建立了系统各部分的仿真模型,主要包括:风速模型、风力机模型、传动系统模型、发电机模型以及控制器模型。并针对所建立的系统模型进行了仿真研究,仿真结果显示了所建立模型的正确性和控制策略的有效性。最后讨论了风力发电机组在高于额定风速时的桨距角控制。设计了机组在高于额定风速时的桨距角模糊控制器,并用神经网络训练了功率系数Cp曲线模型。该模糊控制器在高于额定风速时,可以根据机组功率及功率变化率调节桨距角,保证机组在额定值下运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 风力发电概述
• 1.2.1 风力发电的国内外发展现状及展望
• 1.2.2 风力发电技术的发展概况
• 1.2.3 双馈式变速恒频风力发电系统
• 1.3 智能控制在风力发电系统中的应用
• 1.3.1 风力发电机组的智能控制
• 1.3.2 模糊神经控制概述
• 1.4 本课题的主要内容和目的
• 第2章 风速和风力机的数学模型及仿真模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 风速模型
• 2.2.1 风的形成
• 2.2.2 风速的仿真模型
• 2.3 风力发电机桨叶模型
• 2.3.1 风力机的基础理论
• 2.3.2 风力发电机桨叶的仿真模型
• 2.4 传动链模型
• 2.5 双馈异步发电机的数学模型
• 2.5.1 双馈异步发电机变速恒频运行的基本原理
• 2.5.2 三相静止坐标系下交流励磁双馈电机的数学模型
• 2.5.3 坐标变换
• 2.5.4 同步旋转坐标系下发电机的数学模型
• 2.5.5 发电机仿真模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 双馈异步风力发电机组的控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于定子磁链定向的发电机矢量控制策略
• 3.3 变速恒频风力发电机组的最大风能追踪原理
• 3.4 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 模糊神经控制理论及其在风力发电中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 模糊控制在桨距调节中的应用
• 4.2.1 模糊控制概述
• 4.2.2 模糊控制器的设计
• 4.3 神经网络在风力发电中的应用
• 4.3.1 神经网络概述
• 4.3.2 用神经网络训练Cp 曲线模型
• 4.4 仿真结果
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要