双馈风力发电系统模糊控制技术的研究

摘要

石化能源的过度使用、环境的不断恶化及供电环境问题的日益突出，利用风能作为未来最重要的清洁替代能源之一，对于缓解能源匮乏和环境恶化具有重要意义。由于变速恒频风力发电系统可以工作在较宽的速度范围内，能量能够双向流动，而且其变频器具有体积小、重量轻、成本低的特点，因而变速恒频双馈风力发电系统成为研究和开发的热点，并被广泛应用在风力发电系统中。
　　 本文采用两电平电压型双PWM变换器，而通常对于采用双馈电机的变速恒频风力发电系统，多采用PI控制器进行控制，此控制方法依赖于系统参数，电机参数和风速变化时，控制效果会受到影响。本文将模糊控制技术引入双馈风力发电系统控制，以提高系统的鲁棒性。
　　 在网侧PWM变换器的研究中，将传统PID控制与模糊控制相结合，并引入负载电流前馈补偿，提出了一种新颖的控制策略，优化了PWM整流系统，仿真结果表明，这种控制策略能使系统获得优良的动态和静态性能。在分析PWM整流器和不对称电网特点的基础上，电压外环采用模糊PI控制，提高直流侧电压动态响应速度，电流内环采用无需进行正负序分解的正、负序电流独立控制策略，实现了不平衡电网下对三相PWM整流器的双闭环控制。仿真结果表明，所设计的控制方法保证了在不平衡条件下直流侧电压快速地稳定，有效抑制了直流侧二次谐波，提高了整流器的运行性能。
　　 在转子侧PWM变换器的研究中，采用基于定子磁链定向的矢量控制简化双馈发电机模型，并将模糊控制技术引入空载并网控制的研究，仿真结果表明，所设计模糊控制器在空载并网控制中具有很强的鲁棒性和适用性。并深入分析了DFIG风力发电系统最大风能追踪的原理，研究了基于定子电压定向的矢量控制，实现了DFIG的最大风能追踪、有功功率和无功功率解耦，仿真结果验证了所提出方案具有良好的控制性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1课题来源及研究意义

1.2风力发电的国内外发展现状

1.2.1风力发电的国外发展现状

1.2.2风力发电的国内发展现状

1.3风力发电技术

1.3.1风力机类型

1.3.2风力发电系统

1.3.3 风力发电系统控制策略

1.4本文的主要工作

第2章 双馈风力发电的基本理论

2.1双馈风力发电系统

2.2双馈风力发电机的数学模型

2.2.1三相静止坐标系下双馈电机数学模型

2.2.2两相同步坐标系下双馈电机数学模型

2.2.3双馈电机的能量流动关系

2.3基于CMEX S-函数的电压空间矢量调制原理

2.3.1 电压空间矢量调制(SVPWM)原理

2.3.2三段逼近式SVPWM的实现

2.4小结

第3章DFIG网侧PWM整流器分析及其控制

3.1 DFIG网侧三相PWM整流器数学模型

3.2传统双闭环控制器的设计

3.2.1 电流内环控制器的设计

3.2.2 电压外环控制器的设计

3.3 DFIG网侧PWM整流器自适应模糊控制器的设计及仿真

3.3.1 自适应模糊控制器的设计

3.3.2仿真结果及分析

3.4不平衡电网下DFIG网侧PWM整流器控制策略的研究

3.4.1不平衡电网下正负序电量分析

3.4.2不平衡电网下DFIG网侧PWM整流器控制策略

3.4.3仿真结果及分析

3.5小结

第4章基于模糊控制的DFIG空载并网技术的研究

4.1双馈电机空载并网控制

4.2空载并网模糊控制器设计

4.3仿真结果及分析

4.4小结

第5章基于模糊控制的DFIG功率解耦研究

5.1 DFIG解耦控制下数学模型

5.2 DFIG的最大风能捕获控制

5.3 DFIG功率解耦模糊控制器的设计

5.4仿真结果及分析

5.5小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢