基于逆模型的双馈风力发电系统自适应解耦控制

摘要

随着传统能源短缺和环境污染日益加剧，以风能为代表的可再生能源的开发利用受到很多国家的重视。风力发电将成为一种庞大的新兴电力市场，其中变速恒频双馈风力发电系统由于运行性能优越、优点突出，成为风力发电领域广泛应用的主流机型。双馈风力发电系统的高性能控制策略成为国内外研究的热点。
　　 本文首先研究了双馈发电机变速恒频运行原理。结合风力机运行特性分析了最大风能追踪原理。考虑到双馈风力发电系统并网前后运行状态和控制策略均不同，依据分开建模、分时工作的思路建立了空载仿真模型和发电仿真模型。结合各自控制策略和使能模块，构成了从空载运行到发电运行连续过程的整体仿真系统。
　　 本文将逆系统方法，应用到双馈风力发电这个非线性、强耦合多变量系统的线性化解耦中，分别推导了空载逆系统模型，以及并网发电时实现最大风能追踪的功率控制方案与转速控制方案的逆系统模型。针对采用逆系统形成伪线性系统，引入了一种改进型内模控制结构，提高了控制系统的鲁棒稳定性和高阶无静差跟踪性能。为解决系统参数漂移问题，提出一种以待辩参数为未知量的线性方程，并利用递推最小二乘法实现了系统参数的在线辨识。
　　 仿真结果表明，本文所采用的整体仿真系统顺利完成了并网前到并网后的连续控制仿真;提出的改进型逆系统内模控制很好地完成最大风能追踪，同时实现了有功与无功、转速与无功的精确解耦控制;通过仿真验证了参数在线辨识方法的正确性，提高了控制策略对参数时变的自适应能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 变速恒频风力发电技术概述

1．3 变速恒频双馈风力发电技术研究现状

1．4 本论文主要研究内容

第二章 逆系统理论和内模控制原理

2．1 逆系统基本概念

2．2 逆系统线性化解耦原理

2．3 基于状态方程描述的MIMO系统的逆系统

2．4 逆系统的解析实现

2．5 基于逆系统的非线性内模控制

2．5．1 基于逆系统的常规内模控制

2．5．2 内模控制的新型控制结构—双口控制

2．6 本章小结

第三章 双馈风力发电系统的基础理论

3．1 双馈风力发电系统的基本原理

3．2 双馈发电机数学模型

3．2．1 三相静止坐标系下的数学模型

3．2．2 坐标变换

3．2．3 两相同步旋转坐标系下的数学模型

3．3 风力机基本理论

3．4 最大风能追踪原理

3．5 本章小结

第四章 基于逆模型的双馈风力发电系统自适应解耦控制

4．1 并网发电时双馈风力发电系统的逆系统模型

4．1．1 并网发电时双馈风力发电系统的状态方程

4．1．2 功率控制方案的逆系统

4．1．3 转速控制方案的逆系统

4．2 空载运行时双馈风力发电系统的逆系统模型

4．2．1 空载运行时双馈发电机的状态方程

4．2．2 空载运行时时双馈风力发电系统的逆系统

4．3 基于逆系统的改进型内模控制器设计

4．4 基于最小二乘法的双馈发电机在线参数辨识

4．4．1 最小二乘参数估计

4．4．2 递推最小二乘估计

4．4．3 基于递推最小二乘法的双馈发电机参数辨识

4．5 本章小结

第五章 双馈风力发电系统的逆系统内模解耦控制与参数在线辨识仿真研究

5．1 DFIG空载仿真模型的建立

5．2 DFIG发电仿真模型的建立

5．3 双馈风力发电整体仿真模型

5．4 系统仿真研究

5．4．1 基于逆系统的空载并网控制仿真

5．4．2 基于逆系统内模控制的功率控制方案仿真

5．4．3 基于逆系统内模控制的转速控制方案仿真

5．4．4 基于递推最小二乘法的自适应解耦控制仿真

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果