發(fā)布時間：2020-09-08 19:11

　　 隨著社會的高速發(fā)展,能源需求也不斷增大,以煤、石油、天然氣為主的化石能源不僅儲量有限,而且造成了嚴重的環(huán)境污染。作為清潔安全、資源豐富的可再生能源,風能的開發(fā)利用及研究受到世界各國的青睞。永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)具有發(fā)電效率高、可靠性高、運行及維護成本低等優(yōu)點,已成為大型風力發(fā)電系統(tǒng)主要類型之一。風電機組的控制技術是風力發(fā)電的關鍵技術,精確地控制、完善的功能是保證風電機組穩(wěn)定高效運行的條件。由于風電場大多處于自然條件惡劣、且無人值守的環(huán)境中,這就要求控制系統(tǒng)具有較高的可靠性和完備的控制功能。本文以永磁同步風力發(fā)電機組為基礎,通過建立風機和發(fā)電機的數(shù)學模型,對風電機組的控制原理進行分析,并對幾種常見的最大風能跟蹤(Maximize power point tracking-MPPT)控制策略進行比較,選用最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制作為風電機組的MPPT控制方法。根據(jù)不同的風速對風電機組的運行區(qū)間進行劃分,根據(jù)不同的控制目標和控制策略,通過轉(zhuǎn)矩和變槳控制系統(tǒng),實現(xiàn)風電機組的穩(wěn)定高效運行。針對傳統(tǒng)MPPT控制策略下風電機組輸出功率波動大,從而影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行的問題,本文提出了基于變槳的全風速范圍內(nèi)風電機組功率平滑控制策略,將變槳控制和轉(zhuǎn)矩控制相結合實現(xiàn)風電機組平滑地跟蹤最大風能。基于Matlab/Simulink軟件平臺,對一臺2.5MW高速永磁同步風電機組功率平滑控制進行仿真研究,結果表明,本文提出的控制策略能夠有效抑制功率波動,而且能避免發(fā)電機組超速運行。根據(jù)風電主控系統(tǒng)功能設計和性能要求,選用基于PC的倍福工業(yè)控制器作為主控系統(tǒng)硬件,并在倍福TwinCAT 3軟件平臺進行主控軟件開發(fā)并對主控程序和各子系統(tǒng)進行了測試。
【學位單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

圖 1-1 2001-2017 年全球風力發(fā)電累計裝機容量情況Fig. 1-1 Global installed capacity of wind power generation in2001-2017隨著歐洲普遍支持可再生能源的發(fā)展，風力發(fā)電尤其是海上發(fā)電成為歐洲市場的亮點。2016 年，歐洲海上風電新增裝機 1560.00MW，累計裝機容量達 12588.98MW。2017年上半年，歐洲海上發(fā)電新增裝機容量達 1.34GW，累計裝機容量達 13.93GW。2017 年全年，歐洲北海全部海上風電總計發(fā)電量 159.7 億 KWh，比 2016 年(108.3 億 KWh)增加了將近一半(47%)。據(jù)前瞻預測，到 2030 年，歐洲北海和波羅的海以及部分大西洋海域的海上風電可滿足歐盟國家 7%-11%的電力需求。同國外相比，我國風電行業(yè)的發(fā)展速度相對放緩。2003 年至 2010 年我國為風電行業(yè)快速發(fā)展期，風機新增裝機容量從 0.098GW 增長到 18.93GW，7 年間新增裝機量同比增加 193 倍。由于風場開發(fā)速度過快，配套輸電網(wǎng)建設沒有同步跟上，我國風電新裝機速度放緩。2016 年風電新增并網(wǎng)容量降為 19.3GW，同比降低 41.5%。進入 2017 年以來，風電行業(yè)持續(xù)低迷，全年風電新增并網(wǎng)容量 15.0GW，同比降低 22.1%。我國風電新增并網(wǎng)容量連續(xù)兩年下滑，是由產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結構調(diào)整造成的，并不是行業(yè)整體走向低谷。隨著國內(nèi)風電整機制造商對 MW 級風電機組的研發(fā)和投用，我國風電技術開始向大

基本結構圖如圖2-1 所示。圖 2-1 永磁同步風電機組結構圖Fig. 2-1 Structure of permanent magnet wind power generation system風機將風能轉(zhuǎn)換為機械能，永磁同步電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過變流器得到符合要求的電壓輸送到電網(wǎng)�？刂葡到y(tǒng)主要由三部分組成：轉(zhuǎn)矩控制、變槳控制和安全保護控制【13】。其中轉(zhuǎn)矩控制主要用于電機調(diào)速和風電機組的減振，從而實現(xiàn)最大風能跟蹤控制并降低風機疲勞載荷；變槳系統(tǒng)通過控制槳距角，實現(xiàn)風機的啟停和額定風速以上的恒功率控制；安全保護控制包括主動和被動保護系統(tǒng)，在風電機組發(fā)生超常振動、發(fā)電機超速、電網(wǎng)異常、出現(xiàn)極限風速等情況時保護風電機組【14】。2.2 風機運行原理風機輸出的機械功率可表示為：(,)2123 turpP RvC(2.1)風機的機械轉(zhuǎn)矩為：(,)2123 pturturturturRvCPT (2.2)式中： 為空氣密度；R 為風機葉輪半徑；v為風速；tur 為風機葉輪轉(zhuǎn)速；pC 為風能利用系數(shù)，可表示為葉尖速比 和葉片槳距角 的函數(shù)，近似計算公式為：

西安理工大學碩士學位論文 10.0350.08110.45)116(,)0.52(321/ CepvRtur 同的值時，風能利用系數(shù)pC 和葉尖速比 的關系如 0 時的最佳葉尖速比，對應的pmaxC 為最大風能利用風電機組能夠捕獲最大風能，可以通過調(diào)節(jié)風，使葉尖速比 為最優(yōu)值opt ，。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉勝玉;隋振利;王迥波;;基于軟PLC的風電機組主控系統(tǒng)設計[J];自動化與儀器儀表;2017年06期

2 劉波;賀志佳;金昊;;風力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];東北電力大學學報;2016年02期

3 彭滋忠;鄧秋娥;;永磁直驅(qū)風電機組控制系統(tǒng)綜述[J];水電站機電技術;2015年08期

4 黃悅超;凌志斌;曹云峰;李睿;;同步變槳系統(tǒng)一致性問題研究[J];電氣自動化;2014年01期

5 王福祿;;風電主控系統(tǒng)國產(chǎn)化發(fā)展研究[J];裝備機械;2013年02期

6 ;倍福風電控制庫的應用[J];自動化博覽;2013年06期

7 陳亮;譚偉;田天;李盛禹;郭杰;;風力發(fā)電機組偏航控制研究[J];風機技術;2013年02期

8 陳杰;龔春英;陳家偉;陳冉;嚴仰光;;變速定槳風力發(fā)電機組的全風速功率控制[J];中國電機工程學報;2012年30期

9 王宇峰;裴科偉;于會勇;;用于風力發(fā)電的超聲波測風系統(tǒng)設計[J];風機技術;2012年04期

10 桑建斌;張磊;林明耀;;永磁同步風力發(fā)電機電流控制策略比較[J];微特電機;2011年12期

相關碩士學位論文 前10條

1 朱萬力;直驅(qū)式永磁風電機組變槳距控制技術研究[D];湖南工業(yè)大學;2015年

2 焦平洋;雙饋風電機組參與微網(wǎng)調(diào)頻的控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 劉旭隆;大型直驅(qū)永磁風電機組技術改造及系統(tǒng)優(yōu)化分析[D];華北電力大學;2015年

4 南貴清;直驅(qū)式永磁風電機組智能控制研究[D];北京交通大學;2014年

5 張震宇;大型風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)控制策略研究[D];北京交通大學;2014年

6 黃悅超;風機電動變槳技術的研究與實現(xiàn)[D];上海交通大學;2013年

7 吳光宇;基于變速恒頻技術的永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)研發(fā)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

8 袁旭宏;大型風電機組變槳距控制系統(tǒng)研究與設計[D];電子科技大學;2013年

9 周浩;基于智能滑模變結構控制的風力發(fā)電系統(tǒng)變槳距控制研究[D];湖南工業(yè)大學;2013年

10 李潘;基于變增益的風力機變槳距控制研究[D];武漢科技大學;2013年

本文編號：2814531