隨著風力發(fā)電在能源領域所占比重越來越大,世界各國對風力發(fā)電機運行時的安全性、成本、發(fā)電質量和發(fā)電效率都有了越來越嚴格的要求。其中保證風力發(fā)電機安全穩(wěn)定高效運行的控制策略逐漸成為控制界和工程界的研究重點和熱點。因此,深入研究風力發(fā)電控制技術對于優(yōu)化風力發(fā)電機組運行狀況、風力發(fā)電并網運行技術以及實現風機知識產權自主化,提高市場競爭力方面具有重要意義。本課題就以考慮了在變風速條件下,永磁同步電機的強非線性、復雜性特性以及工作環(huán)境惡劣等特點,導致風力發(fā)電系統(tǒng)的運行過程中不可避免的遇到各種狀況和問題的情況下,風力發(fā)電系統(tǒng)在控制器的作用下仍能實現安全可靠運行以及最大效率捕獲風能為研究目的進行研究。主要研究內容如下:風力渦輪機和永磁同步發(fā)電機建模與模型分析是對風力發(fā)電系統(tǒng)進行控制的基礎。首先,選取合適的動力學模型,建立渦輪機葉片的機械模型;其次,建立永磁同步電機的電力學模型,在合理假設條件下,建立并化簡與永磁同步電機嚙合的風力發(fā)電機動力學模型。為了方便后續(xù)控制器的設計,需要對建立的風力發(fā)電機機動力學模型進行分析與處理。在風力發(fā)電系統(tǒng)中,變速運行方式是最佳功率跟蹤的重要方式,即根據風速的變化及時調整轉速的變化,進而達到最佳功率跟蹤,因此轉子轉速是風力發(fā)電系統(tǒng)中的一個重要變量。但是由于速度傳感器易受環(huán)境影響,并且價格昂貴,維修困難,因而無速度傳感器控制在風力發(fā)電系統(tǒng)中尤為重要。本文設計一個擴展狀態(tài)觀測器代替?zhèn)鞲衅饕詫崿F對風機最佳轉矩的估計,估計的轉矩會用在控制環(huán)節(jié)外環(huán)的轉矩參考。針對永磁同步電機的雙環(huán)控制策略研究。系統(tǒng)的控制外環(huán)為氣動轉矩調節(jié)環(huán),外部環(huán)路的控制目標為通過跟蹤最大風力捕獲的最大轉矩并以此計算出內部環(huán)路所需要的控制參數。在轉矩調節(jié)回路應用擴展狀態(tài)觀測器估計的轉矩。內環(huán)的控制目標是使永磁同步電機的輸出功率有用功占比達到最大值,通過調節(jié)電流將交流電源高效轉換為直流電源。在目前的控制設計中,非線性控制算法控制效果要明顯好于傳統(tǒng)控制策略,仿真結果證實了基于擴展狀態(tài)觀測器的二階滑�？刂破鞯挠行院汪敯粜�,并與傳統(tǒng)的PI控制做了對比。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM315;TP212

【參考文獻】

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本文編號：2808338