并网型风电机组软并网控制系统研究

摘要

风能是一种可再生无污染的绿色能源。风电开发技术成熟，具有较好的经济效益和社会效益，是现今最具开发前景的新能源之一。利用风能发电则是当今世界各国为解决能源紧缺的一项有效措施。但目前我国在风电设备制造和控制技术研究等领域与发达国家存在很大差距，大型风电机组大部分都是进口产品，增加了风电开发利用的成本。对风力发电各项关键技术的研究，对我国风能开发和风电机组的国产化有重要意义。 风力发电机组是复杂的非线性系统，有效和可靠的控制技术是风电机组安全运行的关键。软并网技术是风电机组控制技术中的一个关键技术之一，随着大容量风电机组的出现，如何限制软并网过渡过程中产生的冲击电流，成了一个迫切需要解决的问题。 本文作为国电南瑞自动化研究院关于风力发电项目研究的一部分，主要对风电机组电控系统中的软并网技术进行了研究和设计。本文建立了完整的异步风力发电机组软并网系统仿真模型，对软并网装置的主电路、可控硅触发规律和软并网控制系统的性能要求进行了分析研究。自适应评价控制技术作为一种基于神经网络的非线性最优控制技术，针对软并网这一复杂多变量非线性不确定系统是一种有效的控制方案。本文对基于自适应评价控制技术实现软并网控制器的主要研究工作如下： (1)介绍了自适应评价控制技术的基本原理，并对自适应评价控制系统中的两种基本形式HDP和DHP的设计方法进行了介绍，结合这两种形式的特点，采用DHP结构来设计软并网控制器。同时，给出了对含有控制量约束和状态量约束下的DHP设计时的处理方法。 (2)分析软并网控制系统的数学模型，建立软并网控制器最优控制数学模型。以软并网过渡过程时间最短作为最优性能泛函，电流状态量约束和可控硅控制角约束作为不等式约束条件，并利用神经网络辨识出性能函数模型。 (3)文中采用MLP神经网络来实现DHP软并网控制器，并在该控制器下，对不同风速下的软并网过渡过程进行了仿真分析，得出相应的结论，为软并网装置的研制提供了必要的参考依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2风力机组电气控制系统研究研究现状

1.3本文的工作内容

第二章风力发电机组相关理论介绍

2.1风力机空气动力学

2.2定桨距失速型风电机组

2.2.1定桨距风力发电机组结构

2.2.2定桨距风机功率特性

2.2.3定桨距风电机组中风力发电机的选用

2.3定桨距失速型风电机组运行过程分析

2.4本章小结

第三章风电机组软并网控制系统分析

3.1风电机组中异步风力发电机几种并网方式

3.2软并网系统结构及主电路分析

3.2.1软并网装置主电路结构

3.2.2软并网系统主电路分析

3.3反并联可控硅等效电路与数学模型

3.4异步风力发电机等效电路与数学模型

3.5软并网装置中可控硅的触发方式

3.6异步风力发电机组直接并网过渡过程分析

3.7异步风力发电机组直接并网过渡过程仿真分析

3.7.1小发电机直接并网过程仿真分析

3.7.2大发电机直接并网过程仿真分析

3.8风力发电机组软并网控制系统性能要求

3.9本章小结

第四章自适应评价控制基本理论

4.1自适应评价控制系统介绍

4.2自适应评价控制原理

4.2.1最优控制理论

4.2.2自适应评价控制与动态规划

4.3自适应评价控制系统设计

4.3.1 HDP控制系统设计

4.3.2 DHP控制系统设计

4.4约束条件下的DHP控制系统设计方法

4.4.1控制量约束条件下的DHP控制系统设计

4.4.2状态量约束条件下的DHP控制系统设计

4.5 DHP控制系统训练过程

4.6本章小结

第五章基于DHP的软并网控制系统设计与仿真分析

5.1基于DHP的软并网系统数学建模

5.1.1软并网系统数学模型分析

5.1.2软并网系统最优控制数学模型

5.2 DHP控制系统中神经网络的选择

5.2.1 MLP网络结构与算法

5.2.2 MLP训练方式

5.2.3 MLP网络算法的一些改进

5.2.4 MLP网络反向传播与微分

5.3基于DHP软并网控制系统设计

5.4软并网控制系统仿真分析

5.4.1小电机软切入过程仿真

5.4.2大电机软切入过程仿真

5.4.3软并网控制系统仿真结果分析

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢