電磁耦合調速型風電機組最大風能跟蹤控制研究.pdf

1、隨著風電機組裝機規(guī)模的持續(xù)增大，傳統(tǒng)風電機組并網后對電網適應能力差的問題也日益凸顯出來。針對這些問題，近些年來，采用傳統(tǒng)同步發(fā)電機直接并網的調速型同步風電機組越來越受到各國研究人員的關注。本文將以我國自主研發(fā)的電磁耦合調速型風電機組為研究對象，在分析了風力機和電磁耦合器的工作原理及運行過程的基礎上，針對該類型風電機組的最大風能跟蹤控制和恒轉速區(qū)的轉速閉環(huán)控制展開研究，主要工作如下：
　　首先，介紹了風電產業(yè)的發(fā)展狀況，總結了風電行

2、業(yè)的發(fā)展趨勢，對比了雙饋異步型和永磁同步型風電機組的優(yōu)缺點。闡述了開關磁阻發(fā)電機、永磁高壓發(fā)電機和磁齒輪復合發(fā)電機等新型風電機組的運行特性及其研究現狀。對利用WinDrive液力變矩器、ChapDrive液壓傳動系統(tǒng)、差動齒輪箱和電磁耦合器等不同調速裝置的同步風力發(fā)電系統(tǒng)的國內外研究近況作了具體說明。
　　其次，具體介紹了電磁耦合調速型同步風電機組前后軸系的結構組成。詳細說明了電磁耦合器的工作特性及運行原理，并據此建立電磁耦合器在

3、dq和mt坐標系下的數學模型。結合電磁耦合器的工作原理歸納了風力機在最大風能跟蹤區(qū)、恒轉速區(qū)和恒功率區(qū)的轉矩特性。
　　然后，歸納了葉尖速比法、功率信號反饋法、爬山搜索算法和最優(yōu)轉矩算法等最大風能跟蹤控制方法的原理特性，并總結了各自的優(yōu)缺點。忽略傳動軸系的機械損耗，在最大風能跟蹤區(qū)和恒轉速區(qū)分別采用最優(yōu)轉矩和轉速閉環(huán)的控制方法建立電磁耦合器調速型同步風電機組的風能跟蹤控制的仿真模型。在以上兩種運行區(qū)域及其過渡區(qū)的階躍和隨機兩種風況

4、下的仿真結果表明，基于PI調節(jié)器的最優(yōu)轉矩風能跟蹤控制方法可對風力機在不同運行區(qū)域的轉速進行有效的調節(jié)，達到了風能跟蹤的目的。但該控制算法不能使風力機準確地以最優(yōu)葉尖速比的運行方式工作，降低了機組的風能利用效率。
　　最后，為提高風能利用效率，實現風能的快速跟蹤，提出了將反推滑?？刂婆c最優(yōu)轉矩控制相結合的風能跟蹤方法。依據反推和滑模變結構控制原理，分別設計了應用于恒轉速區(qū)和最大風能跟蹤區(qū)的轉速反推控制器和轉矩反推滑模控制器，對電磁