变速恒频双馈风力发电系统转速控制

摘要

本文围绕变速恒频双馈风力发电系统的变桨距控制和转速控制展开研究。分析了双馈电机变速恒频运行的基本原理及能量流动关系，建立了双馈电机的数学模型，通过矢量控制策略对其功率解耦控制进行了仿真研究；分析了变速恒频双馈风力发电系统额定风速以上变桨距调节的基本原理，建立了风机、传动系统和桨距角执行机构的数学模型，在此基础上，设计了基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模变桨距控制器，仿真表明，该控制器具有可靠性高、动态响应好、适应性强、控制精度高等优点；同时，分析了变速恒频双馈风力发电系统最大风能跟踪原理，针对变速风机非线性强、转动惯量大、工作风速范围宽、转轴机械阻尼随转速变化的特性，在对非线性PID控制器的抗扰性能进行研究的基础上，提出了变速恒频双馈风力发电系统转速非线性PID控制策略，在风速阶跃变化和系统参数突变两种特殊工况下对转速非线性PID控制进行了仿真，结果表明，非线性PID控制响应快，超调小，较好地解决了线性PID控制中快速性与超调量之间的矛盾，且受系统参数变化的影响较小，控制精度高，具有较好的适应性和鲁棒性。 此外，本文研究了风力发电系统最大风能跟踪、恒转速运行、恒功率运行等阶段的运行机理及控制策略，对全风速范围内变速恒频双馈风力发电系统的运行控制进行了数字仿真研究。高于额定风速时，系统能够较好地将输出功率稳定在额定值附近；低于额定风速时，系统能够在无需检测风速的情况下给出参考转速信号，实现最大风能跟踪或恒功率运行，且转速能够实时、快速地跟踪参考值。

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第一章 绪论

1.1风力发电国内外发展现状

1.2风力发电控制技术

1.2.1功率调节

1.2.2速度调节

1.3风力发电发展趋势

1.4本文主要研究内容

第二章 变速恒频双馈风力发电系统数学模型及控制策略

2.1双馈电机变速恒频运行

2.1.1变速恒频运行原理

2.1.2能量流动关系

2.2双馈电机数学模型及矢量控制策略

2.2.1双馈电机数学模型

2.2.2定子磁链定向矢量控制

2.3双馈电机功率解耦控制

2.3.1定子磁链观测器

2.3.2矢量控制系统仿真模型

2.3.3仿真结果分析

2.4变速恒频双馈风力发电系统运行控制策略

2.5本章小结

第三章 变速恒频双馈风力发电系统模糊PID-PID双模变桨距控制

3.1变速恒频双馈风力发电系统变桨距控制

3.2变桨距系统数学模型

3.2.1风机模型

3.2.2传动系统模型

3.2.3变桨距执行机构模型

3.3基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模控制策略

3.3.1模糊PID控制

3.3.2基于模糊规则切换的模糊PID-PID双模控制

3.4基于模糊PID-PID双模控制的风力发电系统变桨距控制

3.5仿真结果分析

3.5.1阶跃风速下变桨距控制

3.5.2随机风速下变桨距控制

3.6本章小结

第四章 变速恒频双馈风力发电系统转速非线性PID控制

4.1变速恒频双馈风力发电系统最大风能跟踪控制

4.2免测风速下参考转速值的获取

4.3非线性PID控制器

4.3.1线性PID控制器的局限性及改进途径

4.3.2非线性PID控制器的组成结构

4.4变速恒频双馈风力发电系统转速非线性PID控制

4.5仿真结果分析

4.5.1风机转速非线性PID控制

4.5.2全风速范围内系统运行控制

4.6本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢