本文關(guān)鍵詞：大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤優(yōu)化與控制研究

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【摘要】：隨著化石能源引發(fā)的環(huán)境污染日益嚴(yán)重、且其本身儲(chǔ)量逐漸走向枯竭,可再生能源受到全球高度重視。延續(xù)傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)與消費(fèi)方式已不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求,一場(chǎng)新的能源革命已勢(shì)在必行。風(fēng)能作為一種清潔能源,具有資源豐富、建廠成本低、無(wú)污染、全球可行、操作過(guò)程中不產(chǎn)生溫室氣體排放的優(yōu)點(diǎn),作為一種最有前景的可再生能源獲得越來(lái)越多的關(guān)注。然而,隨著風(fēng)機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步,大型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的不斷增加,大大提高了風(fēng)機(jī)控制難度,進(jìn)而風(fēng)能捕獲效率降低。因此,為適應(yīng)大型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的特點(diǎn),改進(jìn)傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)能捕獲控制方法,提高風(fēng)能利用效率,具有重要意義。文章首先介紹了國(guó)內(nèi)外經(jīng)典最大風(fēng)功率點(diǎn)追蹤策略,分析了其原理及優(yōu)缺點(diǎn)。隨后通過(guò)搭建仿真模型,對(duì)不同經(jīng)典控制策略的控制性能進(jìn)行對(duì)比分析,總結(jié)了幾種經(jīng)典控制策略存在問(wèn)題。根據(jù)該問(wèn)題,本文重點(diǎn)介紹和研究了爬山算法控制策略,針對(duì)傳統(tǒng)爬山算法存在的控制問(wèn)題,提出一種改進(jìn)的爬山算法控制策略。受風(fēng)機(jī)大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響,傳統(tǒng)爬山算法跟蹤快速變風(fēng)速能力較差,動(dòng)態(tài)特性欠佳。且在功率最大點(diǎn)附近存在小幅度震蕩問(wèn)題,增加了風(fēng)機(jī)的機(jī)械載荷。同時(shí),風(fēng)速快速變化條件下搜索方向易出現(xiàn)錯(cuò)誤,這將嚴(yán)重影響控制性能。改進(jìn)的爬山算法通過(guò)引入最優(yōu)增益,能夠克服風(fēng)機(jī)大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響,自適應(yīng)調(diào)整搜索步長(zhǎng),以快速跟蹤風(fēng)速。采用梯度估計(jì)的方法確定變步長(zhǎng)系數(shù),提高了搜索效率和精確性。增加穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)判定模塊,同傳統(tǒng)的算法相比在達(dá)到最大功率點(diǎn)附近時(shí),能減少微小擾動(dòng)帶來(lái)的不必要機(jī)械載荷,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。仿真對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。此外,由于該方法免除風(fēng)速測(cè)量,算法編程簡(jiǎn)單,具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 最優(yōu)增益 最大風(fēng)功率點(diǎn)跟蹤 兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組 建模仿真
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究目的和意義9-10
• 1.1.1 課題背景9
• 1.1.2 研究目的和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展形勢(shì)10-15
• 1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.4 最大風(fēng)功率跟蹤控制研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第2章 變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與控制原理17-28
• 2.1 風(fēng)力機(jī)特性17-20
• 2.1.1 葉片空氣動(dòng)力學(xué)特性17
• 2.1.2 貝茲理論17-19
• 2.1.3 最優(yōu)葉尖速比19-20
• 2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)和原理20-23
• 2.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型23-27
• 2.3.1 風(fēng)速模型23-24
• 2.3.2 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型24-25
• 2.3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)模型25-26
• 2.3.4 發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大風(fēng)功率追蹤策略28-37
• 3.1 最大風(fēng)功率追蹤的機(jī)理28-29
• 3.2 最佳葉尖速比算法(TSR)29-30
• 3.3 功率信號(hào)反饋算法(PSF)30-31
• 3.4 最優(yōu)轉(zhuǎn)矩算法(OT)31-33
• 3.5 控制性能仿真對(duì)比分析33-36
• 3.5.1 變風(fēng)速條件下的系統(tǒng)響應(yīng)33-36
• 3.5.2 控制性能對(duì)比分析36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4 改進(jìn)爬山算法控制原理和策略37-48
• 4.1 爬山算法原理37-38
• 4.2 傳統(tǒng)爬山算法和存在的問(wèn)題38-39
• 4.2.1 跟蹤速度和最大點(diǎn)震蕩問(wèn)題38
• 4.2.2 在風(fēng)速變化時(shí)擾動(dòng)方向和跟蹤能力38-39
• 4.3 改進(jìn)爬山算法39-43
• 4.3.1 算法數(shù)學(xué)推導(dǎo)和參數(shù)確定39-40
• 4.3.2 機(jī)械功率估計(jì)和梯度變步長(zhǎng)系數(shù)40-42
• 4.3.3 穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)判定42-43
• 4.4 仿真驗(yàn)證43-48
• 4.4.1 階躍風(fēng)速44-45
• 4.4.2 隨機(jī)風(fēng)速45-48
• 第5章 結(jié)論與展望48-50
• 5.1 論文成果總結(jié)48
• 5.2 研究方向展望48-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果55-56
• 致謝56

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本文編號(hào)：904035