基于IPC的风电机组智能控制与仿真技术研究

摘要

研究风电技术,不仅可以改善能源机构,而且可以缓解传统能源的危机,是有效减少环境污染途径之一,有效的提高了社会效益、环境效益。本文在国内外研究技术的基础上,简要分析恒速、变速风机的优缺点,提出变速恒频双馈电机的结构模型以及控制策略。
　　首先,本文主要利用MATLAB软件,基于西门子IPC427C工业控制器,对风电机组采集风速数据,简要给出风速的模型与 IEC标准的基础上搭建风速模型做比较,确保风速模型的正确性;风轮模型是建立在空气动力学基础上;在分析变桨距控制策略的基础上,提出了以功率为主要控制参量的独立变桨距控制策略。风电机组的功率随着风速不稳定性功率也出现很大的波动,本文主要采用BP神经网络算法,自整定PID控制的方法。搭建整个风机模型,当风速运行在额定风速之上时BP神经网络作用在控制系统中,调整PID参数控制叶片的桨距角度,进而控制发电机输出的功率在额定功率附近。结果表明,基于BP神经网络PID变桨距控制系统使发电机输出的功率更加稳定,超调量小、鲁棒性强的特性。
　　其次,针对变速恒频双馈机型,研究双馈电机内部各参量之间的关系,经过坐标变换后,确定双馈发电机数学模型的基础上,在MATLAB/Simulink环境下建立DFIG模型,在DFIG和双 PWM原理及结构基础上搭建模型,在双馈电机的网侧变流器控制目的基础上设计出双闭环的控制策略,给出了电压外环PI参数调整和电流内环PI参数调整,本文主要是采用SVPWM(空间矢量控制),实现对网侧的控制;分析了转子侧变流器作用,提出定子磁链观测器的方法实现磁链准确定位,转速反馈为外环和电流反馈为内环实现转子侧变流器控制的目的,在MATLAB环境下搭建模型,分析仿真结果、验证策略的正确性。把网侧变流器和机侧变流器整合进行仿真,给出PI控制器的参数。仿真给出了定转子电流波形变化趋势以及双馈电机输出功率的趋势图,分析得出随着风速的变化发电机输出的功率有快速跟随性,给出的控制策略,实现变速恒频运行,对控制策略进行可行性分析。
　　最后,通过10kWDFIG动态仿真平台采取数据,与搭建模型计算的参数进行对比验证搭建模型的正确性。

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1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作内容

2风力发电的基本原理及变桨系统控制

2.1空气动力学原理

2.2 风力机能量转换系统

2.3变速风力机型的运行原理

2.4风力发电机的机构及原理分析

2.5变桨距控制原理与结构分析

3变桨距风力机BP神经网络PID控制策略研究

3.1双馈风力发电机组的模型

3.2风力机模拟搭建与控制

3.3电动变桨距BP神经网络控制

3.4 神经网络仿真独立变桨结果分析

4双馈风力发电机组双向变流器的仿真研究

4.1 变速恒频双馈风力发电机

4.2风轮最大风能捕获

4.3双馈感应发电机数学模型

4.4 双PWM变流器数学模型建立

4.5矢量控制策略分析

4.6整体控制系统仿真研究

5实验

5.1硬件平台的搭建：

5.2 风功率模拟拖动系统

5.3 数据分析

参考文献

附录A

附录B

附录C

在学研究成果

致谢