基于最大功率点跟踪及最小疲劳载荷的WTGS控制策略的研究

摘要

常规的最大功率点跟踪算法依赖条件较多,而且适用范围比较窄,常用于中小功率的风机上,难以满足机理复杂的非线性时变且具有大惯性的风力机系统。目前的这些常规算法对风能捕获的效率并不是很高。同样的问题是,风力机不能很好的将最大风能捕获和系统载荷最小两者有机的结合起来。这些都是现有风力机控制算法普遍存在的弊端,于是本文提出了新的算法,在部分功率和额定功率以上使用此算法。
　　针对常规最大功率点跟踪算法各种缺点,本文主要提出一种解决上述问题的一种折中的算法,既能考虑到风能捕获最大化的同时也能兼顾疲劳载荷的最小化。基于频率分离的滑模控制算法的风能捕获系统算法的提出也许能将两者很好的统一起来,它非常适合应用于变速WTGS控制中。在现有的电子器件的基础上,此控制很容易实现。
　　论文首先讲述了风速模型和机械载荷相关知识。介绍了一些常见的最大功率点的算法。然后文中提出了一种优化控制结构,旨在对效率最大化与控制输入的最小化之间进行平衡。其思想就是通过对风速模型的研究分析,将其分解为低频部分和高频部分,这将对实施滑模控制算法提供了必要条件。
　　论文主要通过比对常规算法和频率分离滑模算法得出他们之间的差别,各自优缺点及他们对减小疲劳载荷的程度与效果如何。通过Matlab/Simulink搭建的仿真平台,对相关算法分别进行了验证。最后阐述基于频率分离原则的滑模算法的优越性。仿真结果充分地论证了所提控制策略的正确性和可行性

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第一章 绪论

§1-1简介

§1-2风能转化系统的现状与发展趋势

第二章 风力发电系统的基本概念

§2-1 风的模型

§2-2 风力机的空气动力特性

§2-3 机械载荷

§2-4 电能质量

§2-5 变速风力发电机组

§2-6 发电机模型

§2-7桨矩子系统

§2-8常见风力发电系统功率优化方法

第三章 最大功率点跟踪最优控制策略

§3-1传统风力发电系统的MPPT控制策略

§3-2基于滑模控制算法的风能捕获系统的研究与分析

§3-3线性二次型（LQ）动态优化

§3-4额定风速以上的控制策略

§3-5恒转速阶段的控制策略

第四章 仿真结果与分析

§4-1仿真工具的介绍

§4-2滑模控制算法建模与仿真

§4-3基于频率分离原则的MPPT算法建模与仿真

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

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