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基于PCHD双馈感应发电机的L2增益控制研究

作　者: 杨倩倩
导　师: 原明亭
学　校: 青岛大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 双馈感应发电机 变速恒频 哈密顿系统 最大风能捕获 L2扰动抑制
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


风能是重要的绿色能源之一,在能源危机与环境污染同益加剧的形势下,风力发电技术得到人们前所未有的关注。本文以变速恒频(VSCF)风力发电系统中双馈感应发电机(DFIG)的运行控制为主要内容,运用哈密顿系统理论与L2增益扰动抑制方法设计了DFIG风力发电系统的控制器,并分析了系统的稳定性。同时对所设计的系统在Matlab/Simulink的软件环境下进行仿真,仿真实验结果表明所提出的控制策略是实现了最大风能捕捉和定子有功、无功的解耦,对实际工程应用具有一定参考价值。本课题完成的主要工作集中在：(1)介绍了PCH控制方法和L2扰动抑制的理论基础,并给出了非线性系统的PCHD结构模型。(2)建立了不同坐标系下DFIG的动态数学模型,并整理得到构建了DFIG的PCH结构形式。构建了由DFIG,双向功率变换器和风轮机构成的变速恒频风力发电系统模型。并分析了双馈感应电机处于亚同步和超同步运行时(电动运行和发电运行时)的能量流动关系。(3)在PCHD结构形式下DFIG数学模型的基础上,运用状态误差PCHD控制原理和L2扰动抑制原理,设计了变速恒频风力发电系统的PCH控制器和L2增益控制器,并最终得到系统的总控制器。(4)介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,研究了传动系统的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现,并在Matlab/Simulink环境下对DFIG风电系统进行了仿真研究。仿真结果表明了该方法是可行的。最后,对本文的研究工作做了总结,对该方法的前景进行了展望,并提出了未来对该系统的研究方向。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景和意义  8-10
  1.2 双馈感应电机控制技术的国内外发展现状  10-12
    1.2.1 双馈感应电机控制技术的发展  10
    1.2.2 先进控制技术在电机控制中的应用  10-12
  1.3 能量成形控制的国内外发展现状  12-13
    1.3.1 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统控制方法  12-13
    1.3.2 PCHD系统控制方法的最新进展  13
  1.4 本文的主要研究内容  13-14
第二章 理论准备  14-20
  2.1 系统的无源性与耗散性  14-16
    2.1.1 无源性的定义和稳定性  14-15
    2.1.2 无源性与反馈互联  15-16
    2.1.3 系统耗散性和能量平衡方程  16
  2.2 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统  16-18
    2.2.1 哈密顿方程与端口受控哈密顿(PCH)系统  16-18
    2.2.2 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统  18
  2.3 L2增益扰动抑制控制方法  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 双馈感应风力发电机系统的建模  20-32
  3.1 双馈感应风力发电机的传动系统模型  20-22
    3.1.1 风电系统的构成  20-21
    3.1.2 风轮机的运行特性及系统最大风能捕捉  21-22
  3.2 双馈感应发电机(DFIG)的数学模型  22-27
    3.2.1 DFIG在三相静止(αbc)坐标系下数学模型  22-23
    3.2.2 DFIG在两相静止(αβ)坐标系上的数学模型  23-25
    3.2.3 DFIG在两相旋转(dq)坐标系下数学模型  25-26
    3.2.4 双馈感应发电机在两相旋转(dq)坐标系下的PCHD模型  26-27
  3.3 DFIG能量流动关系  27-30
  3.4 本章小结  30-32
第四章 DFIG状态误差PCHD与L2扰动抑制控制方法的研究  32-38
  4.1 DFIG的状态误差PCHD控制方法  32-34
    4.1.1 状态误差PCHD模型能量成形控制原理  32
    4.1.2 DFIG的PCHD控制器的设计  32-34
  4.2 DFIG的L2扰动抑制控制方法  34-35
    4.2.1 L2扰动抑制控制器设计原理  34
    4.2.2 DFIG的L2增益控制器的设计  34-35
  4.3 基于PCHD的DFIG系统L2增益控制的仿真  35-37
  4.4 本章小结  37-38
第五章 双馈感应风力发电机系统的SVPWM实现及仿真  38-48
  5.1 传动系统的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现  38-43
    5.1.1 判断参考电压矢量UREF所处扇区  40-41
    5.1.2 计算某扇区内两个相邻基本电压空间矢量的作用时间  41-42
    5.1.3 确定基本电压空间矢量的切换点  42-43
  5.2 仿真结果及分析  43-47
  5.3 本章小结  47-48
第六章 全文总结与展望  48-50
参考文献  50-54
攻读学位期间的研究成果  54-56
致谢  56-58

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论）
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