【摘要】：現(xiàn)代社會(huì)能源問題日漸嚴(yán)重和生態(tài)環(huán)境問題頻發(fā),開發(fā)利用可再生能源對(duì)改善生態(tài)問題有著極為重要的作用。其中風(fēng)能具有分布廣泛、儲(chǔ)量豐富和利用方便等特點(diǎn),成為現(xiàn)階段發(fā)展速度最快和最具有發(fā)展前景的可再生能源之一。風(fēng)電技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率優(yōu)化與控制方法研究也成為研究的重點(diǎn)。選用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象,通過分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài),提出了全風(fēng)速段雙�？刂撇呗浴２⑶医⒘俗兯僮儤囡L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和模擬風(fēng)速的仿真模型,為驗(yàn)證控制策略的有效性提供仿真環(huán)境。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)的最大風(fēng)能捕獲問題,分別采用爬山搜索法和改進(jìn)極值搜索法進(jìn)行風(fēng)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能捕獲控制。改進(jìn)極值搜索法通過運(yùn)行點(diǎn)相位信息來進(jìn)行搜索,并通過改進(jìn)積分器實(shí)現(xiàn)變步長(zhǎng)快速追蹤穩(wěn)定運(yùn)行的控制目標(biāo)。仿真結(jié)果表明:改進(jìn)極值搜索法能夠使系統(tǒng)快速地跟蹤風(fēng)速變化,保持最佳葉尖速比,提高了風(fēng)能利用系數(shù)和風(fēng)能的利用效率。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在額定風(fēng)速以上運(yùn)行時(shí)保持恒功率運(yùn)行問題,分別采用常規(guī)PID和模糊自適應(yīng)PID變槳距控制。通過模糊控制器來實(shí)時(shí)整定PID控制器的三個(gè)參數(shù),提高了變槳距控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,使系統(tǒng)的輸出功率更加穩(wěn)定,同時(shí)降低了系統(tǒng)的機(jī)械載荷,保證了風(fēng)電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率優(yōu)化與控制問題,提出了在全風(fēng)速段以兩種控制模式運(yùn)行的控制策略。對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)況進(jìn)行以額定風(fēng)速為準(zhǔn)的高低兩種風(fēng)況的判別,低風(fēng)速段采用基于改進(jìn)極值搜索法的最大風(fēng)能捕獲控制;高風(fēng)速段采用基于模糊自適應(yīng)PID變槳距控制。通過仿真效果來看,針對(duì)不同的風(fēng)況條件,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率的優(yōu)化與控制,能夠使系統(tǒng)快速響應(yīng),有效提高了風(fēng)能利用效率和恒功率運(yùn)行的穩(wěn)定性,既提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益又保證了安全穩(wěn)定運(yùn)行。圖36幅;表8個(gè);參44篇。
【圖文】：

再到電能的能量轉(zhuǎn)化過程。2.1 變速變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，大容量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主導(dǎo)機(jī)型是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)組。雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用的是雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Doubly-Fed Induction Generator，簡(jiǎn)稱 DFIG）。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組與雙向背靠背（AC-AC）的基于 IGBT 的電壓源變流器相連。定子繞組也稱功率繞組，將發(fā)電機(jī)的電功率傳輸?shù)诫娋W(wǎng)；轉(zhuǎn)子繞組也稱控制繞組，通過雙向變流器連接電網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)其頻率等參數(shù)來控制輸出功率，確保電網(wǎng)穩(wěn)定。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)以其調(diào)速范圍廣，功率解耦可調(diào)、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固和制造成本低廉等優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前風(fēng)電市場(chǎng)的主流機(jī)型[33]。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成部分主要有風(fēng)輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電裝置、控制系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航機(jī)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等[34]，如圖 1 所示。

其的可靠性要求比常規(guī)機(jī)械部件嚴(yán)格得多，除了常規(guī)的機(jī)械性能抗低溫性、良好的抗噪聲性和較高的齒輪精度等級(jí)，，潤(rùn)滑、冷卻十分必要的設(shè)計(jì)。主齒輪箱的種類眾多，按照傳動(dòng)方式分為平行和組合傳動(dòng)齒輪箱，按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)分類有單級(jí)和多級(jí)齒輪箱等。機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的重要部件，負(fù)責(zé)把主軸輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換網(wǎng)或儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中。目前，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中主要機(jī)型有籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等。針對(duì)不同的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和控制策機(jī)類型。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組與籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)相同，為轉(zhuǎn)子繞組通過用于變速恒頻控制的雙向變流器連接到電網(wǎng)，采用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖 2 所示。雙饋發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子都可以進(jìn)行，即饋電的運(yùn)行方式。采用雙饋發(fā)電機(jī)只需要控制轉(zhuǎn)差功率，一率的 30%，大大減小了變流器的容量，獲取了較大的調(diào)速范圍，風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2590066