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定桨距变速风力发电机组的变速控制技术研究

作　者: 胡祖荣
导　师: 马运东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电 定桨距风力机 永磁同步发电机 变速控制 硬件在环 RT-LAB
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


定桨距失速型风力发电机组因其结构简单、性能可靠、无须复杂的变桨距控制系统,而广泛应用于中小型风力发电系统中;但由于风力机恒速运行,风能利用率比较低。虽然传统的变桨距变速风力发电机组具有较高的风能利用率,但由于采用了复杂的变桨距执行机构以及变桨距控制器,这增加了制造和维护成本,也对系统的可靠性提出了更高要求。为此,本文重点研究了定桨距变速风力发电机组的控制技术。该机组摒弃了复杂的变桨距系统,简化了结构,降低了成本,其变速控制系统能够同时实现低风速区的最大功率跟踪控制和高风速区的恒功率控制,从而使得定桨距变速风力发电机组能够达到变桨距变速风力发电机组的功率特性。为实现上述目标,本文首先研究了定桨距变速风力发电机组在不同风速条件下风力机的运行状态,得到了在整个运行风速范围内机组期望转速与风速的关系。然后详细研究了基于永磁同步发电机的定桨距变速机组的动态特性,建立了系统的小信号控制模型,分析了其稳定性。由于气动转矩与转速、风速间的非线性关系影响,在高风速区,定桨距变速风力机的转速控制系统已变成一个不稳定的非线性系统。于是,本文提出采用两种控制策略:扰动观测器和内模PID控制完成了机组转速控制系统设计。最后通过实验验证了机组变速控制系统性能。实验结果表明:定桨距变速风力发电机组能够在设计风速范围内稳定运行,机组完全依靠变速控制就能同时实现低风速区的最大功率跟踪控制和高风速区的恒功率控制。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 风力发电发展概述  11-13
    1.1.1 国外风力发电发展概况  11-12
    1.1.2 国内风力发电发展概况  12-13
  1.2 风力机的功率调节技术  13-16
    1.2.1 风力机的特性曲性  13-14
    1.2.2 风力机的功率调节  14-16
  1.3 永磁直驱型风力发电系统  16-18
    1.3.1 并网风力发电技术  17-18
    1.3.2 非并网风力发电技术  18
  1.4 本课题研究的目的及意义  18-21
第二章 机组变速控制技术基础  21-32
  2.1 变速运行的基本控制策略  22-24
  2.2 永磁同步发电机控制系统  24-28
    2.2.1 发电机的动态模型  24-26
    2.2.2 控制系统设计  26-28
  2.3 系统小信号分析  28-31
    2.3.1 系统小信号线性化模型  28-30
    2.3.2 系统稳定性分析  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 机组转速控制技术  32-42
  3.1 基于扰动观测器的转速控制系统  32-37
    3.1.1 扰动观测器的基本原理  32-34
    3.1.2 抑制干扰消除非线性  34-37
  3.2 基于内模PID 控制的转速控制系统  37-41
    3.2.1 内模控制结构  38-39
    3.2.2 内模PID 控制器  39-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章 机组建模与软件系统设计  42-57
  4.1 机组的非并网仿真模型  42-45
    4.1.1 风速模型  42-43
    4.1.2 风力机模型  43-44
    4.1.3 非并网系统模型  44-45
  4.2 仿真实验平台  45-48
    4.2.1 评估板资源  46
    4.2.2 RT-LAB 的特点  46-47
    4.2.3 半实物仿真技术  47-48
    4.2.4 RT-LAB 信号调理单元  48
  4.3 DSP 程序设计  48-56
    4.3.1 系统控制流程图  48-51
    4.3.2 相关程序设计算法  51-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 实验结果分析  57-65
  5.1 系统主要参数  57
  5.2 基于RT-LAB 的实验结果分析  57-62
    5.2.1 低风速区动态分析  58-59
    5.2.2 高风速区动态分析  59-60
    5.2.3 风速跟踪性能分析  60-62
  5.3 基于Matlab/ Simulink 的实验结果分析  62-63
    5.3.1 仿真波形分析  62-63
  5.4 本章小结  63-65
第六章 总结与展望  65-67
  6.1 本文总结  65
  6.2 未来工作展望  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位间发表的论文  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 风能发电
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