预测函数控制在风力发电中的应用

摘要

电压不稳定是电网运行的特征之一,并网运行的风力发电机组时常受到电压波动的影响,进而影响了控制器的控制效果。风电系统是一个非线性延时系统,因此定子侧的电压波动总是存在的。本文以电压波动的工况为出发点,根据坐标变换理论建立了双馈异步发电机在两相旋转坐标系下的数学模型,同时考虑在电网电压不平衡扰动工况下,对此模型进行了进一步的修正。其次,分析了其输出机械功率和转速的特性关系以及最大风能捕获的控制策略,建立了变速恒频风电矢量控制系统。最后,本文将预测函数控制应用于最大风能的捕获,并设计了预测函数控制器。仿真结果成功的验证了预测函数控制在定子侧电网电压扰动的工况下改善控制效果的正确性和有效性。

目录

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 国内外风力发电技术研究动态

1.3 变速恒频技术

1.3.1 鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统

1.3.2 绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统

1.3.3 同步发电机变速恒频风力发电系统

1.3.4 双馈发电机变速恒频风力发电系统

1.4 风力发电系统中的智能控制

1.5 本文的主要研究内容

第二章 双馈异步发电机模型建立及其运行特性分析

2.1 双馈异步发电机的工作原理

2.2 双馈异步发电机的数学模型

2.2.1 三相静止abc坐标系下DFIG的数学模型

2.2.2 坐标矢量变换的基本概念

2.2.3 同步旋转d-q坐标系下DFIG的数学模型

2.2.4 双馈异步发电机在Matlab中的建模

2.3 双馈异步发电机的运行特性

2.3.1 交流励磁风力发电机能量流动关系

2.3.2 稳态性能定性分析

2.3.3 静态稳定分析

2.3.4 独立运行

2.4 本章小结

第三章 双馈异步发电机组控制策略的研究

3.1 同步旋转坐标系下的功率计算

3.2 电网电压恒定下DFIG矢量形式电压方程的简化

3.3 电网电压恒定下DFIG的两种传统的矢量控制技术

3.3.1 DFIG定子磁链定向矢量控制

3.3.2 DFIG电网电压定向矢量控制

3.4 DFIG的最大风能追踪控制

3.4.1 变速恒频风力发电系统的运行区域

3.4.2 定桨距情况下风力发电系统最大风能追踪的原理

3.4.3 最大风能追踪的控制原理

3.5 本章小结

第四章 多变量预测函数控制策略的研究和在风力发电中的应用

4.1 模型预测控制

4.1.1 序言

4.1.2 模型预测控制的基本原理

4.2 预测函数控制的基本原理

4.2.1 引入基函数

4.2.2 参考轨迹

4.2.3 预测模型

4.2.4 误差补偿

4.2.5 滚动优化

4.3 一阶加纯滞后对象的预测函数控制

4.4 二阶对象的预测函数控制

4.5 多变量预测函数应用于DFIG最大风能捕捉

4.5.1 被控对象的参考模型

4.5.2 多变量预测函数应用于最大风能捕捉仿真

4.6 仿真结论

第五章 结论和展望

参考文献

致谢

附录

在学期间发表的学术论文和参加科研情况