孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行的控制研究

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1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行的控制研究陳治平二〇一五年六月分類號(hào)：ＴＭ６１４學(xué)校代號(hào)：１１８４５ＵＤＣ：密級(jí)：學(xué)號(hào)：２１１１２０４０８９廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行的控制研究陳治平指導(dǎo)教師姓名、職稱：張森教授學(xué)科（專業(yè)）或領(lǐng)域名稱：控制科學(xué)與工程學(xué)生所屬學(xué)院：ｇ動(dòng)化學(xué)院論文答辯日期：２０１５年６月４日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅ

2、ＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｔｒｏｉｍａｒａｔｉｏｎｏｆｌＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＯｐｔｌＯｐｅＳ－－ｔａｎｄＡｌｏｎｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｓＢａｓｅｄｏｎＤｏｕｂｌＦｅｄｙＩｎｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒｓＣａｎｄｉｉｉｄａｔｅ：ＣｈｅｎＺｈｐｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ；Ｐｒｏｆ．ＺｈａｎＭｉａｏｐｇＪｕｎｅ２０１５ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

3、Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６摘要摘要，成為能源結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵電力行業(yè)占全球能源消費(fèi)的份額逐年增大。在低碳能源備受全球追捧的大環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電自然是不可忽視的主流發(fā)電方式。相對(duì)于蓬勃發(fā)展的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電，孤島型風(fēng)力發(fā)電同樣具有可觀的發(fā)展前景，在節(jié)約資源滿足無電人口需求的同時(shí)，更是智能電網(wǎng)的重要補(bǔ)充。本文選取風(fēng)力發(fā)電中廣泛應(yīng)用的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，研究其孤島運(yùn)行下的優(yōu)化控制策略，以提髙，內(nèi)容如下輸出電能質(zhì)量和風(fēng)能利用率：首先，闡述了經(jīng)改善的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中主要功能部件的機(jī)理和特性；給出了雙饋電

4、機(jī)和負(fù)載側(cè)變換器在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，奠定課題研究的理論基礎(chǔ)；搭建了孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的Ｍａｔｌａｂ仿真模型。然后，基于常用的定子磁鏈強(qiáng)迫定向的方式，建立了以定子電壓為外環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制策略，，以穩(wěn)定雙饋電機(jī)孤島運(yùn)行下的定子輸出電壓。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該策略能有效實(shí)現(xiàn)定子電壓精確跟蹤給定電壓，解決了間接電流控制的不足。針對(duì)風(fēng)速變換過程及負(fù)載投切過程帶來的電壓波動(dòng)幅值較大，且參數(shù)魯棒性不強(qiáng)的特點(diǎn)。開展了孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的滑模直接電壓控制策略的研宄。針對(duì)系，釆用相對(duì)增益陣列分析系統(tǒng)變量關(guān)系統(tǒng)變量多且稱合程度高的特點(diǎn)，建立了直接電壓控制關(guān)系，簡(jiǎn)化了

5、控制結(jié)構(gòu)；考慮了風(fēng)速變換過程、負(fù)載投切過程帶來的電壓一些未知外界擾動(dòng)的影響波動(dòng)，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制，力求，以及電機(jī)參數(shù)變化和控制器對(duì)擾動(dòng)作出迅速響應(yīng)，以提高輸出電能質(zhì)量。與相應(yīng)的矢量控制策略進(jìn)行了仿真分析和比較，結(jié)果表明，所采用的控制策略能有效抑制因風(fēng)速波動(dòng)、負(fù)載切換而引起的電壓擾動(dòng)，同時(shí)使系統(tǒng)具有參數(shù)魯棒性，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的控制目的。最后，開展了孤島雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大風(fēng)能捕獲策略的研宄。釆用蓄電池及其充放電控制器代替負(fù)載側(cè)變換器控制直流母線電壓，而負(fù)載側(cè)變換器用于間接控制雙饋電機(jī)的定子輸出有功功率，從而追蹤最大功率點(diǎn)，以提高風(fēng)能利用率。仿真結(jié)果表明，所

6、采用的控制策略能實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)孤島運(yùn)行下輸出功率和轉(zhuǎn)速的控制，從而維持風(fēng)能利用系數(shù)處于最大值，捕獲最大風(fēng)能。關(guān)鍵詞：雙饋電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行；直接電壓控制；滑模控制；最大風(fēng)能捕獲；Ｉ廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙｓｈａｒｅｏｆｇｌｏｂａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｅａｒｂｙｙｅａｒ，ｂｅｃｏｍｅｔｈｅｋｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｃ虹ｂｏｎｅｎｅｒｇｙｉｓｙｇｙｏｐｕｌａｒａｒｏｕ

7、ｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄｗｉｎｄｏｗｅｒｉｓｎｏｔｔｏｂｅｉｎｏｒｅｄ．Ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｂｏｏｍｉｎｒｉｄｐ，ｐｇｇｇｔｅｗｉｎｄｏｗｅｒａｌｏｎｅｌｉｓｌａｎｄｔｗｉｎｄｏｗｅｒａｌｓｏｈａｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｙｐｐ，ｙｙｐｅｐｐ＇ｒｏｓｅｃｔｓ．Ｉｔｉｓｎｏｔｏｎｌｓａｖｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｍｅｅｔｅｏｌｅｓｎｅｅｄ