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基于智能控制的双馈风力发电机的功率解耦控制
作 者: 王文静
导 师: 姚兴佳
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电工理论与新技术
关键词: 双馈风力发电机 解耦控制 BP PI
分类号: TM315
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
随着科学技术的迅速发展,能源消耗不断增长、环境污染也越来越严重,人们不得不考虑新能源和可再生能源的开发和利用问题。而在众多的可再生能源中,风能以其突出的优点而倍受世界的关注。在风力发电系统中,变速恒频双馈风力发电技术由于其低成本、高效率等特点成为当今风力发电技术中的主流。本文针对双馈风力发电机组的功率解耦控制问题进行了研究。首先介绍了国内外风电的发展状况、功率解耦控制的研究现状;从双馈风力发电机组的基本原理入手,给出风速、风力机和在不同坐标系下双馈风力发电机的数学模型,对双馈风力发电机的稳态运行进行了分析。其次,研究了基于定子磁链定向矢量控制的功率解耦控制系统,得到解耦控制系统的数学模型,在此基础上,建立了双馈风力发电机的双闭环控制模型。再次,针对双馈风力发电机矢量控制中功率外环的传统PI调节器的参数自动调节能力差,跟随性能差等缺点,本文将神经网络与PI调节器相结合,设计出BP神经网络PI控制器,对BP神经网络PI控制器进行性能仿真,仿真结果表明BP神经网络PI控制器具有较好的动态性能。在MATLAB软件中建立基于BP神经网络PI控制器的双馈风力发电系统的功率解耦控制系统的仿真模型,并且针对该控制系统,在不同的风速下进行系统仿真,仿真结果表明,该控制系统不仅实现了双馈风力发电系统有功功率和无功功率的完全解耦,而且在风速变化时,双馈风力发电机组的输出功率跟踪效果较好,系统性能稳定,证明了控制系统具有良好的动态性能。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-9 第一章 绪论 9-19 1.1 选题的背景与意义 9-10 1.2 国内外风电发展现状 10-14 1.2.1 世界风电发展现状 10-13 1.2.2 我国风电发展现状 13-14 1.3 神经网络在风力发电控制系统中的应用 14-15 1.4 双馈发电机解耦控制研究现状 15-17 1.5 课题研究的主要内容 17-19 第二章 双馈风力发电机组的基本理论 19-36 2.1 风力机动力学模型 19-25 2.1.1 贝兹极限 19-22 2.1.2 风速的数学模型 22-24 2.1.3 风力机的数学模型 24-25 2.2 双馈风力发电机的工作原理 25-26 2.3 双馈风力发电机的数学模型 26-31 2.3.1 双馈风力发电机在三相静止坐标系下的数学模型 26-29 2.3.2 双馈风力发电机在两相同步旋转dq 坐标系下的数学模型 29-31 2.4 双馈风力发电机的稳态运行分析 31-36 2.4.1 双馈风力发电机的等效电路 31-34 2.4.2 双馈风力发电机的功率流动分析 34-36 第三章 双馈风力发电机的功率解耦控制 36-43 3.1 定子磁链定向矢量控制的提出 36-37 3.2 基于定子磁链定向的双馈风力发电机的解耦控制方程 37-41 3.3 定子磁链观测器的构建 41-43 第四章 神经网络PI 控制器 43-58 4.1 PID 控制器 43-47 4.1.1 PID 控制的基本原理 43-44 4.1.2 数字PID 控制器 44-46 4.1.3 改进PI 控制器 46-47 4.2 神经网络理论 47-50 4.2.1 神经网络的基本原理 47-49 4.2.2 神经网络的学习规则 49-50 4.3 BP 神经网络PI 控制器 50-58 4.3.1 BP 神经网络PI 控制器的设计 50-54 4.3.2 BP 神经网路PI 控制器的性能仿真 54-58 第五章 双馈风力发电系统功率解耦控制的仿真分析 58-71 5.1 双馈风力发电系统各模块的建模 58-61 5.1.1 风力机仿真模型 58-60 5.1.2 双馈风力发电机仿真模型 60 5.1.3 定子磁链观测器的仿真模型 60-61 5.1.4 功率外环PI 控制器仿真模型 61 5.2 双馈风力发电机的功率解耦控制性能仿真 61-71 第六章 结论 71-72 参考文献 72-76 附录 1.5MW 双馈风力发电机组仿真参数 76-78 在学研究成果 78-79 致谢 79
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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) > 风力发电机
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