孤岛双馈风力发电机组优化运行的控制研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）孤岛双馈风力发电机组优化运行的控制研究陈治平二〇一五年六月分类号：ＴＭ６１４学校代号：１１８４５ＵＤＣ：密级：学号：２１１１２０４０８９广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）孤岛双馈风力发电机组优化运行的控制研究陈治平指导教师姓名、职称：张森教授学科（专业）或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：ｇ动化学院论文答辩日期：２０１５年６月４日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅ

2、ＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｔｒｏｉｍａｒａｔｉｏｎｏｆｌＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＯｐｔｌＯｐｅＳ－－ｔａｎｄＡｌｏｎｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｓＢａｓｅｄｏｎＤｏｕｂｌＦｅｄｙＩｎｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒｓＣａｎｄｉｉｉｄａｔｅ：ＣｈｅｎＺｈｐｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ；Ｐｒｏｆ．ＺｈａｎＭｉａｏｐｇＪｕｎｅ２０１５ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

3、Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６摘要摘要，成为能源结构变化的关键电力行业占全球能源消费的份额逐年增大。在低碳能源备受全球追捧的大环境下，风力发电自然是不可忽视的主流发电方式。相对于蓬勃发展的并网型风力发电，孤岛型风力发电同样具有可观的发展前景，在节约资源满足无电人口需求的同时，更是智能电网的重要补充。本文选取风力发电中广泛应用的双馈风力发电机组为研究对象，研究其孤岛运行下的优化控制策略，以提髙，内容如下输出电能质量和风能利用率：首先，阐述了经改善的系统拓扑结构中主要功能部件的机理和特性；给出了双馈电

4、机和负载侧变换器在同步旋转坐标系中的数学模型，奠定课题研究的理论基础；搭建了孤岛双馈风力发电系统的Ｍａｔｌａｂ仿真模型。然后，基于常用的定子磁链强迫定向的方式，建立了以定子电压为外环的双闭环矢量控制策略，，以稳定双馈电机孤岛运行下的定子输出电压。仿真实验结果表明该策略能有效实现定子电压精确跟踪给定电压，解决了间接电流控制的不足。针对风速变换过程及负载投切过程带来的电压波动幅值较大，且参数鲁棒性不强的特点。开展了孤岛双馈风力发电机组的滑模直接电压控制策略的研宄。针对系，釆用相对增益阵列分析系统变量关系统变量多且稱合程度高的特点，建立了直接电压控制关系，简化了

5、控制结构；考虑了风速变换过程、负载投切过程带来的电压一些未知外界扰动的影响波动，采用滑模变结构控制，力求，以及电机参数变化和控制器对扰动作出迅速响应，以提高输出电能质量。与相应的矢量控制策略进行了仿真分析和比较，结果表明，所采用的控制策略能有效抑制因风速波动、负载切换而引起的电压扰动，同时使系统具有参数鲁棒性，达到优化运行的控制目的。最后，开展了孤岛双馈风力发电机组的最大风能捕获策略的研宄。釆用蓄电池及其充放电控制器代替负载侧变换器控制直流母线电压，而负载侧变换器用于间接控制双馈电机的定子输出有功功率，从而追踪最大功率点，以提高风能利用率。仿真结果表明，所

6、采用的控制策略能实现双馈电机孤岛运行下输出功率和转速的控制，从而维持风能利用系数处于最大值，捕获最大风能。关键词：双馈电机独立运行；直接电压控制；滑模控制；最大风能捕获；Ｉ广东工业大学工学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙｓｈａｒｅｏｆｇｌｏｂａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｅａｒｂｙｙｅａｒ，ｂｅｃｏｍｅｔｈｅｋｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｏｗｃ虹ｂｏｎｅｎｅｒｇｙｉｓｙｇｙｏｐｕｌａｒａｒｏｕ

7、ｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄｗｉｎｄｏｗｅｒｉｓｎｏｔｔｏｂｅｉｎｏｒｅｄ．Ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｂｏｏｍｉｎｒｉｄｐ，ｐｇｇｇｔｅｗｉｎｄｏｗｅｒａｌｏｎｅｌｉｓｌａｎｄｔｗｉｎｄｏｗｅｒａｌｓｏｈａｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｙｐｐ，ｙｙｐｅｐｐ＇ｒｏｓｅｃｔｓ．Ｉｔｉｓｎｏｔｏｎｌｓａｖｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｍｅｅｔｅｏｌｅｓｎｅｅｄ