直驱型风力发电系统机侧控制策略分析

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1、摘要直驱型风力发电系统具有可靠性高、电能质量好、发电效率高、控制方式灵活等特点，符合未来风力发电系统的发展趋势，具有良好的研究与应用前景。木文在分析直驱型风力发电系统组成结构与工作原理的基础上，为提高系统的发电效率与可靠性，对其机侧部分的控制策略进行了深入研究，并通过仿真研究验证了所提出控制策略的正确性与有效性。本文首先简要介绍了世界风力发电产业的发展状况，分析了目前主流风力发电系统的拓扑结构，综述了无速度传感器控制与最大功率点跟踪控制技术的研究现状。其次，分析了直驱型风力发电系统的组成结构及工作原理，选择双PWM拓扑作为本文的研究对象，建立了直驱型

2、风力发电系统包括风力机、永磁同步发电机、变桨距执行机构、机械传动链在内的机侧部分的数学模型。第三，为了减少物理传感器的使用，提高系统可靠性，研究了PMSG的无速度传感器矢量控制技术，使用模型参考自适应控制对发电机转速与转子位置进行估计；使用单同步坐标系软件锁相环对转子初始位置进行锁定；采用-=0的矢量控制策略通过SVPWM调制技术实现了对发电机的转速控制。仿真结果表明，该方法可以准确估计发电机转速与转子位置，并且可以对给定转速信号做出快速准确的响应，具有良好的控制效果。第四，为了在尽可能提高风能利用率的同时减小转速的波动，研究了最大功率点跟踪控制技术

3、，给岀了基于斜率变化的变步长爬山法、基于二分法的变步长爬山法与模糊逻辑搜索法，分别对其工作原理、算法流程以及设计方法进行了详细的分析说明。仿真结果表明三种方法均可以实现最大功率点跟踪控制，其中模糊逻辑搜索法的跟踪精度最高，转速与功率波动最小。最后，针对风力发电机运行特点，提出了采用功率滞环比较器与功率平均值采样的变桨距与最大功率点跟踪集成控制策略，以防止风速在额定风速附近波动时引起系统控制状态的频繁切换。在随机风速情况下的仿真结果表明，该集成控制策略可以准确实现在不同风速情况下的控制模式可靠切换及控制功能，取得了良好的控制效果。关键词：直驱型风力发电

4、系统；最大功率点跟踪；无速度传感器控制；变桨距控制；集成控制；模糊控制内蒙占口然科学棊金资助项忖(2010Zd25,2011MS0903)AbstractDirect-drivenwindpowergenerationsystem(DDWPGS)hasthemeritsofhighreliability,goodpowerquality,highpowergenerationefficiencyandflexiblecontrol,andmeetsthedevelopmenttrendsofwindpowersystemsoastoshowagood

5、perspectiveinitsresearchandexploitation.BasedontheanalysisofcompositionstructureandworkingprincipleofDDWPGS,inordertoimprovetheefficiencyandreliabilityofthesystem,thisthesishasinvestigatedonthecontrolstrategyofsystem'sgeneratorsideandverifiedthecorrectnessandeffectivenessofthec

6、ontrolstrategybysimulation.Firstly,thisthesishasbrieflyintroducedthedevelopmentofwindpowerindustryworldwide,analyzedthetopologyofmainstreamwindpowersystems,andoverviewedtheresearchstatusofscnsorlcsscontrolandmaximumpowerpointtracking(MPPT)control.Secondly,thecompositionandworki

7、ngprincipleofDDWPGSareanalyzed,andtheback-to-backPWMtopologyischoosenastheobjectofstudy.Furthermore,themathematicmodelsofDDWPGStgenerator-sidecomponentswhichincludewindturbine,mechanicaldrivetrain,PMSGandpitchmechanismareestablished.Thirdly,inordertoreducetheuseofphysicalsensor

8、sandimprovethereliabilityofDDWPGS,asensorlessvectorcon