双馈风力发电系统的变桨距自抗扰控制研究

摘要

风能就是一种无污染，可再生，储量大的绿色能源。随着全球人口数量的不断增长和经济的快速发展，能源需求增加和环境日益恶劣，促使各国越来越重视风能的开发。但是风能的能量密度低，并具有很强的间歇性和波动性，这给风力发电系统的稳定运行控制带来了很大的困难。当风速超过额定值时，需要通过调节变桨距保证风力机组的输出功率额定值。本文针对双馈风力发电系统的变桨距控制问题，设计了基于线性自抗扰方法的控制器;考虑到执行机构的时滞情况，变桨距采用改进线性自抗扰控制方法设计控制器;在理论算法设计的基础上，将所设计的控制器在风力发电仿真系统E-Wind Turbine实验平台上进行仿真验证。本文主要结果如下: 首先，介绍了风力发电的控制系统的研究背景、意义及风力发电机组的基本知识，对风力发电机组控制方式和原理做了概述，并对风力发电的控制方法及研究现状做了详尽的分析。 其次，针对双馈风力发电系统的变桨距控制的问题，采用线性自抗扰控制算法设计控制器，并利用Matlab进行了仿真，将仿真结果与常规PID控制算法进行比较，结果表明所设计的线性自抗扰控制器收敛时间短，受到扰动时的波动小，系统能够快速回到稳定状态。 然后，考虑到双馈风力发电系统的变桨距控制中执行机构存在时滞的实际问题，本章分别基于阶次提高法设计线性自抗扰控制器以及对线性扩张观测器进行改进的方法设计了改进自抗扰控制器。通过Matlab进行仿真，并将结果与常规Smith预估器进行比较，其结果表明改进线性自抗扰控制器收敛时间短，受到扰动时的波动小，系统能够快速回到稳定状态以及能够弥补Smith预估器对模型参数要求过分苛刻的问题。 再次，在风力发电仿真系统E-Wind Turbine实验平台上进行了自抗扰控制算法的软件设计。针对变桨距的控制问题，本章用SCL编写了自抗扰控制算法程序，编译后生成了自抗扰控制算法功能块，仿真验证了所设计的控制器的收敛时间短以及超调量小。 最后，总结了本文所做的主要工作，对未来的研究方向进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1风力发电研究背景及意义

1．2风力发电的控制方式和原理概述

1．3风力发电的控制方法及研究现状

1．4本文的主要研究内容

第2章基于线性自抗扰的双馈风力发电系统的变桨距控制研究

2．1引言

2．2风电机组变桨距模型

2．3线性自抗扰控制原理

2．4双馈风力发电机的变桨距控制器设计

2．4．1变桨距的线性自抗扰控制器的设计

2．4．2风力发电系统的稳定性分析

2．5仿真结果

2．6本章小结

第3章考虑时滞的双馈风力发电系统的变桨距控制研究

3．1引言

3．2 Smith预估控制在风力发电的变桨距系统中的应用

3．3阶次提高法线性自抗扰控制器设计

3．4改进自抗扰控制器的设计

3．5考虑时滞风力发电系统的稳定性分析

3．6仿真结果

3．7本章小结

第4章风力发电系统的半实物仿真验证

4．1引言

4．2 E-Wind Turbine简介

4．3变桨距控制的实现

4．3．1变桨距控制的硬件结构

4．3．2变桨距的软件实现

4．3．3变桨距的自抗扰算法的实现

4．4仿真结果

4．5本章小结

第5章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所做的主要工作