永磁直驱风力发电系统非奇异终端滑模控制策略研究

摘要

随着人们对能源消耗的增加和环境保护的需求，作为可再生清洁能源的风能的开发利用受到了全世界的关注与重视。目前，风力发电技术发展迅速，永磁直驱风力发电系统由于其结构简单、故障率低、发电效率及运行可靠性高等优点而得到广泛应用。因此，采用适当的控制策略对永磁直驱风力发电系统进行控制研究具有重要意义。本文所取得的主要研究结果如下：
　　(1)在分析永磁直驱风电机组的结构及其基本运行原理的基础上，建立其主要组成部分的数学模型，并通过Clark和Park坐标变换得到永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG)在同步旋转坐标系下的常系数微分动态模型。
　　(2)针对永磁直驱风电机组额定风速以下的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)控制问题展开研究，分析了最大风能追踪的原理，为克服风速测量的不准确性带来的跟踪误差，基于最佳转矩的最大功率点跟踪方法，将非奇异终端滑模控制应用于永磁直驱风力发电系统设计转矩控制器和电流控制器，通过控制转矩电流分量调节发电机转速，实现对最佳转矩的跟踪，进而实现永磁直驱风力发电系统额定风速以下时的最大风能捕获，所设计控制策略无需测量风速，鲁棒性及动态性能好，且易于实现。
　　(3)针对永磁直驱风电机组额定风速以上时的变桨距恒功率控制问题展开研究，在对变桨距控制原理深入分析的基础上，建立变桨距系统的非线性数学模型，并考虑到风速随机扰动对系统稳定性的影响，设计转速和电磁转矩非奇异终端滑模控制器，实现其额定风速以上时的变桨距恒功率控制。
　　(4)通过 MATLAB/Simulink仿真实验来验证所提控制策略的有效性，并对比了传统滑模控制和非奇异终端滑模的性能，仿真结果表明所设计控制策略提高了响应速度和控制精度，并在一定程度上削弱了抖振，使系统获得了良好的动静态性能。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的研究内容

2 滑模变结构控制理论概述

2.1 滑模变结构控制基本理论

2.2 滑模控制系统中的抖振问题

2.3 终端滑模控制

2.4 本章小结

3 永磁直驱风力发电系统数学模型

3.1 永磁直驱风力发电系统的结构与运行原理

3.2 3.2 永磁直驱风电机组的数学模型

3.3 本章小结

4 永磁直驱风力发电系统最大风能捕获滑模控制

4.1 变速风力发电系统最大功率点跟踪原理

4.2 风力发电系统最大功率点跟踪控制方法

4.3 最大功率点跟踪滑模控制策略

4.4 仿真研究

4.5 本章小结

5 永磁直驱风力发电系统变桨距恒功率滑模控制

5.1 风力发电系统变桨距恒功率控制基本原理

5.2 变桨距恒功率非奇异终端滑模控制

5.3 仿真研究

5.4 本章小结

6 结论与展望

图清单

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果

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