直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率平滑策略的研究與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境日趨惡化和能源危機(jī)日益突顯，充分開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國的共識(shí)。風(fēng)能作為最常見的可再生清潔能源之一，受到了人們的廣泛關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在近二十年取得了迅猛的發(fā)展。
　　 在各種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于其傳動(dòng)系統(tǒng)簡單、運(yùn)行可靠性較高、發(fā)電效率較高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。為了提高直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能，必須采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗浴?duì)于使用雙PWM交-直-交電壓型變流器的直驅(qū)永磁同步風(fēng)力

2、發(fā)電系統(tǒng)來說，既要對(duì)它的電機(jī)側(cè)變流器進(jìn)行控制，又要對(duì)電網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制?？刂齐姍C(jī)側(cè)變流器的目的是為了控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出有功功率和機(jī)組的風(fēng)能利用率，同時(shí)還可對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)加以限制；控制電網(wǎng)側(cè)變流器是為了控制發(fā)電機(jī)輸送到電網(wǎng)的有功功率和無功功率。
　　 由于風(fēng)能具有不確定性、不可控性和隨機(jī)波動(dòng)性，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電功率存在很大的波動(dòng)，如果不加限制并網(wǎng)，不僅會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，甚至還會(huì)威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。特別是隨著風(fēng)力

3、發(fā)電總裝機(jī)容量的不斷增大，這個(gè)問題顯得越來越突出。因此，引入先進(jìn)的控制策略來提高并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量成為亟待解決的問題。
　　 本文針對(duì)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，深入研究了抑制其輸出有功功率波動(dòng)的控制策略。
　　 論文首先建立了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型，作為進(jìn)行各種仿真分析的基礎(chǔ)；根據(jù)經(jīng)過坐標(biāo)變換后的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，建立了電機(jī)側(cè)變流器的矢量控制模型；在分析電網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，

4、提出了按照電網(wǎng)電壓矢量定向的電網(wǎng)側(cè)變流器矢量控制模型；考慮到風(fēng)力機(jī)因受氣動(dòng)性能的影響而具有很強(qiáng)的非線性，且其槳葉具有很大的慣性，傳統(tǒng)的PID變槳距控制難以獲得良好的性能，因此設(shè)計(jì)了模糊變槳距控制器，仿真結(jié)果表明，與PID控制的變槳距相比，模糊變槳距控制的具有更好的控制性能；考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組屬于強(qiáng)耦合、非線性、參數(shù)易變的系統(tǒng)，因此在其功率控制環(huán)節(jié)引入滑?？刂疲抡娼Y(jié)果表明，與PI控制相比，采用滑?？刂频南到y(tǒng)不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能，還能有

5、效消除電機(jī)參數(shù)變化和外來擾動(dòng)的影響，魯棒性好；論文分析了采用傳統(tǒng)功率控制策略的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要不足，提出了一種無需增加輔助設(shè)備的新的功率控制策略，即在有效風(fēng)速范圍內(nèi)，既采用模糊變槳距控制來調(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，又同時(shí)采用轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)滑?？刂苼碚{(diào)節(jié)有功功率，仿真結(jié)果表明，在恰當(dāng)設(shè)置平滑功率給定的情況下，該控制策略可有效抑制因風(fēng)速波動(dòng)等原因引起的發(fā)電機(jī)輸出有功功率波動(dòng)；同時(shí)，論文還研究了直流側(cè)采用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，在不改變變頻器中電網(wǎng)側(cè)變流器和電機(jī)

6、側(cè)變流器控制策略的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量控制策略，從而實(shí)現(xiàn)了輸出有功功率的平滑控制；最后，以高速數(shù)字信號(hào)處理器和集成智能功率模塊為核心，研制了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在該平臺(tái)上進(jìn)行了有功獨(dú)立調(diào)節(jié)、無功獨(dú)立調(diào)節(jié)、變速恒頻運(yùn)行、最大風(fēng)能捕獲控制等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前述相關(guān)設(shè)計(jì)及分析的正確性。
　　 本文力圖站在電網(wǎng)的角度，對(duì)直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略加以改進(jìn)。所做工作可為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)，為實(shí)