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基于模糊逻辑的风力发电机组桨距控制器研究

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引 言

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 风力发电的国内外现状

1.3 风力发电机组及其控制策略简介

1.4 本文主要研究内容

2 风电机组桨距控制理论

2.1 风力机的空气动力学基础

2.2 风能利用系数

2.3 桨距角调节原理

2.4 变桨距控制过程研究

2.5 本章小结

3 模糊桨距控制器的设计

3.1 模糊控制理论

3.2 模糊控制器设计

3.3 变桨距模糊控制器的设计

3.4 控制器仿真模型正确性验证

3.5 本章小结

4 控制器在恒速恒频机组中的应用

4.1 恒速恒频风力发电系统的动态数学模型

4.2 仿真模型的建立

4.3 仿真过程及结果

4.4 本章小结

5 控制器在双馈风力发电机组中的应用

5.1 双馈风力发电机控制系统构建

5.2 有功功率参考值的选取

5.3 有功功率误差控制

5.4 仿真验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

参考文献

后 记

附录:攻读硕士学位期间发表的部分学术论著

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摘要

由于化石燃料逐渐枯竭,人们对可再生能源的开发利用的力度逐渐加大,而风力发电是最廉价最环保的能源。但是由于风源的间断不可预测性和风速的波动性,使得风力发电机组的输出有功会随之波动,影响电能质量,甚至对电网带来冲击,影响电网的安全、可靠运行。所以对风力发电机组的有功功率的控制就极为重要,而有功功率的控制最主要的就是依靠变桨距控制。
  对风力发电机组的控制策略已经由传统方式发展为智能控制方式,所以本文对风力发电机组的控制方式采用模糊控制的方法。
  首先在分析桨距控制理论和控制过程的基础上,设计了模糊桨距控制器,并建立了模糊变桨距控制器的仿真模型,并用一理想信号验证了所建模型的正确性。
  分析恒速恒频风力发电机组动态数学模型,并建立其仿真模型,然后给定不同风况和故障,在恒速恒频风力发电系统中验证了模糊桨距控制的效果,仿真结果表明,本文所设计的模糊逻辑桨距控制器,比传统的PI控制器更适合对风力发电系统这种非线性系统进行控制,对发电机有功的控制效果良好,使风力机组的稳态和暂态性能都更加优越。
  然后用矢量控制的方法,在对双馈风力发电机组进行有功无功解耦的基础上,实现了变桨和变速的协调控制,这样就验证了模糊桨距控制器在变速恒频风力发电系统中的效果。然而在风速快速变化时,功率还是有所波动,所以在此基础之上,由功率偏差分解得到一个转子电压辅助控制环节,然后建立其仿真模型,给定风速,进行仿真验证,仿真结果显示增加这个转子电压辅助控制以后,使得有功输出更加平滑。

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