基于模糊DTC的双馈风力发电机控制技术的研究

论文摘要

能源危机和环境污染是当今世界面临的两大挑战。风能作为一种清洁的能源,越来越受到人们的重视。随着风力发电机组容量的增加,提高运行效率、改善电能质量,最大程度地利用风能成为各国学者研究的热点问题。变速恒频技术可实现风能的最大追踪,成为人们研究的重点。本文对变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术进行了系统深入的研究。主要工作如下:运用了定子磁场定向矢量控制的方法,建立了双馈电机在d-q轴坐标系下的数学模型,推导出有功功率和无功功率的表达式,揭示了转子励磁电流参数对双馈电机有功功率和无功功率的控制作用,给出了矢量控制框图和工作过程,该控制方法能够较好地实现双馈电机有功功率和无功功率的解耦控制。深入研究了直接转矩控制（DTC）方法,对双馈电机转子电压和电流进行观测,然后计算出磁链和转矩的实际值,并将给定值和实际值的差值输入开关选择表,通过查表选择一个最佳的电压矢量输出。为了改善电能质量,本文将模糊控制思想引入直接转矩控制。以磁链偏差、转矩偏差、定子磁链角作为输入变量,以逆变器的开关状态作为输出变量,设计了一套模糊控制器代替了直接转矩控制中的磁链和转矩滞环比较器。针对直接转矩控制中响应速度慢的缺点,本文提出了一种自适应模糊直接转矩控制方法。该控制方法用模糊PID调节器代替了传统PID调节器,以速度偏差和速度偏差的变化率为输入信号,以PID的修正系数为输出信号,用修正系数和PID的控制参数相乘,最终得到修正后的PID参数。利用Matlab/Simulink7.0仿真软件,根据本文推导的数学模型分别建立了仿真所需要的双馈电机模型、逆变器模型、磁链和磁通角计算模型、磁链调节器和转矩调节器模型等,对矢量控制、直接转矩控制、模糊直接转矩控制、自适应模糊直接转矩控制进行了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外风力发电的发展状况
• 1.2.1 世界风力发电行业发展现状
• 1.2.2 国内风力发电的发展状况
• 1.3 变速恒频风力发电机组及技术的应用现状
• 1.4 国内外 DTC发展与研究现状
• 1.4.1 DTC的特点
• 1.4.2 DTC存在的问题
• 1.4.3 DTC的研究现状
• 1.5 本课题的主要目的及本论文完成的主要工作
• 1.5.1 主要目的
• 1.5.2 论文完成的主要工作
• 第2章 变速恒频双馈风力发电机矢量控制技术的研究
• 2.1 双馈电机变速恒频技术的分析
• 2.2 双馈电机矢量控制技术研究
• 2.2.1 双馈电机的数学模型
• 2.2.2 定子磁场定向矢量控制技术研究
• 2.2.3 仿真模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 直接转矩控制技术的研究
• 3.1 逆变器模型分析
• 3.2 电压空间矢量对磁链的影响
• 3.3 电压空间矢量对电磁转矩的影响
• 3.4 直接转矩控制系统结构设计
• 3.4.1 速度PID调节器单元
• 3.4.2 磁链和转矩滞环比较单元
• 3.4.3 磁链和转矩计算单元
• 3.4.4 开关选择单元
• 3.5 仿真分析
• 3.5.1 仿真模型的建立
• 3.5.2 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 模糊直接转矩控制技术的研究
• 4.1 系统结构设计
• 4.2 模糊子集的选取
• 4.3 模糊控制规则的建立
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 自适应模糊直接转矩控制技术研究
• 5.1 模糊自适应PID调节器分析
• 5.2 自适应模糊直接转矩算法的提出
• 5.2.1 系统结构设计
• 5.2.2 模糊变量和模糊子集的选取
• 5.2.3 模糊规则的建立
• 5.2.4 模糊量的清晰化
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.3.1 仿真模型的建立
• 5.3.2 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 对未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文