基于TSMC直驱永磁同步发电机的有功功率平滑控制策略研究

摘要

风力发电是解决世界能源危机的一个有效途径，而风电并网是推动风电产业快速发展的动力。但是由于风能的随机波动性和风力发电机自身的特性使得风力发电机输出的有功功率随风速的变化而波动，影响风力发电机输送到电网的电能质量。随着风电规模的迅速扩大，有必要采取一些措施来抑制发电机输出功率的波动。本文针对现有的有功功率平滑控制策略所存在的风电系统稳定性、功率平滑性和风能利用率之间的矛盾，以双级矩阵变换器（Two-stage matrix converter，简称TSMC）为功率变换器的永磁同步发电机为研究对象，提出了两种平滑有功功率随机波动的控制策略。
　　本文首先对TSMC的双空间矢量调制策略作了简单的分析，在建立TSMC逆变级并网数学模型的基础上，介绍了TSMC的集成控制策略。其次对风电机组的稳定性进行了分析，针对现有有功功率平滑控制策略中存在的功率平滑性和系统稳定性之间的矛盾，提出一种利用模糊控制器对TSMC逆变级参考有功功率自修正的有功功率平滑控制策略。该方法兼顾了输出有功功率的平滑性和风电机组的稳定性，能够保证风电机组在风速下降较快的情况下稳定运行。
　　针对上述方法在风能利用率方面所存在的不足，提出了一种基于模糊指数移动平均(Exponential moving average，简称EMA)算法的有功功率平滑控制策略。该控制策略中的平滑功率参考值的给定是在传统EMA算法基础上的改进。在传统的EMA算法中，周期数是一个常数，而基于模糊EMA算法的平滑控制策略是将周期数作为模糊控制器的输出量，因此能够根据风速的变化情况，实时地对周期数进行相应的调整。该平滑控制策略兼顾了风能利用率、风电系统的稳定性和有功功率的平滑性能，从而在风速平稳段提高了风能的利用率，在风速迅速下降的时刻能够确保风电系统安全稳定运行，在风速波动的时间段输出平滑的有功功率。
　　最后在MATLAB/simulink仿真平台上搭建了TSMC风电系统模型，对上述两种控制策略分别进行了仿真研究，通过仿真结果可以看出，两种方法都兼顾了风电系统的稳定性和功率的平滑性能，但采用模糊EMA平滑控制策略的风能利用率要更高一些。

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第一章 绪论

1.1风力发电研究背景

1.2 风力发电并网问题

1.3风力发电有功功率平滑控制研究现状

1.4 TSMC简介

1.5 TSMC风力发电系统研究现状

1.6本文研究的主要内容

第二章 TSMC的控制策略

2.1 TSMC的拓扑结构

2.2 TSMC的双空间矢量调制策略

2.3 本章小结

第三章 TSMC直驱永磁同步发电系统的有功功率平滑控制策略

3.1 风电系统的稳定性和输出功率的平滑性

3.2 风电机组平滑参考有功功率的给定

3.3变桨距控制

3.4 TSMC逆变级并网数学模型

3.5 TSMC逆变级集成的功率平滑控制

3.6仿真结果与分析

3.7本章小结

第四章 基于模糊EMA算法的有功功率平滑控制策略

4.1 功率平滑性与风能利用率之间的矛盾

4.2 平滑参考给定有功功率

4.3仿真结果与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果