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基于自适应转速观测器的双馈风力发电控制系统的研究

作　者: 聂珣
导　师: 年晓红
学　校: 中南大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 变速恒频风力发电 双馈发电机 无速度传感器 自适应状态观测器
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 223次
引　用: 1次
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内容摘要


随着风力发电机组容量的不断增大,提高运行效率、最大程度地利用风能已经成为风力发电技术研究的重要内容,可实现最大风能追踪的变速恒频双馈风力发电技术也就成为了研究的热点。在最大风能追踪控制系统中,速度传感器不利于发电系统的稳定和维护,无速度传感器技术成为了双馈风力发电控制的热点研究方向。论文分析了双馈发电机(DFIG)的运行机理,对DFIG数学模型、坐标变换、风力机的运行特性及功率关系进行了研究。针对DFIG的特性,设计了网侧控制器和电机侧控制器,分别实现了单位功率整流和最大风能追踪,其中重点研究了最大风能追踪控制模块。在该模块中,将磁场定向矢量控制技术应用到DFIG运行控制上,形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了一整套15KW的风力发电系统仿真模型,很好地实现了系统并网和风能追踪等功能。设计了一种基于自适应状态观测器的速度辨识方案,运用Lyapunov稳定性理论,构造了新型Lyapunov函数,推导出转速的自适应辨识率。同时利用LMI工具箱,求解双线性矩阵不等式,得到自适应观测器的增益矩阵,使得状态观测器的稳定性在包括零点在内的足够大的对称区间里得到保证,从而保证了观测器在全速范围内的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建了速度辨识模块,将其应用到了15KW的风力发电系统仿真模型,并通过仿真对比证明了该方法的可行性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 选题背景与意义  7
  1.2 风力发电发展概述  7-10
    1.2.1 风力发电优缺点介绍  7-8
    1.2.2 世界风电发展现状  8-9
    1.2.3 中国风电发展现状  9-10
  1.3 无速度传感器在风力发电中的应用  10-11
  1.4 论文的主要内容  11-12
第二章 双馈风力发电系统最大风能追踪控制的基本原理  12-38
  2.1 双馈风力发电系统的基本原理  12-13
  2.2 双馈异步发电机的数学模型  13-18
    2.2.1 三相静止坐标abc下的模型  14-16
    2.2.2 两相坐标系d-q下的数学模型  16-18
  2.3 风力机的运行特性  18-22
    2.3.1 风力机的功率特性  18-21
    2.3.2 风力机的运行区域  21-22
  2.4 最大风能追踪控制的机理  22-24
  2.5 最大风能追踪控制系统的设计与实现  24-37
    2.5.1 网侧变换器矢量控制方法  25-29
    2.5.2 转子侧变换器的矢量控制方法  29-32
    2.5.3 SVPWM的基本原理  32-37
  2.6 本章小结  37-38
第三章 基于自适应状态观测器的电机转速辨识  38-47
  3.1 无速度传感器矢量控制原理及其实现方法  38-39
  3.2 基本原理介绍  39-41
    3.2.1 自适应原理  39-40
    3.2.2 模型参考自适应法(MRAS)  40-41
    3.2.3 基于自适应状态观测器的MRAS方法  41
  3.3 基于自适应状态观测器的速度辨识方法  41-45
    3.3.1 自适应状态观测器  41-42
    3.3.2 速度自适应辨识率  42-43
    3.3.3 观测器增益矩阵计算  43-45
    3.3.4 无速度传感器双馈风力发电系统的设计  45
  3.4 本章小结  45-47
第四章 基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析与研究  47-61
  4.1 系统各单元的仿真模型  48-53
    4.1.1 风力机的仿真模型  48-49
    4.1.2 双馈风力发电机的仿真模型  49-50
    4.1.3 网侧控制器模块  50
    4.1.4 转子侧控制器模块  50-51
    4.1.5 SVPWM的仿真模型  51-52
    4.1.6 整体系统的仿真模型  52-53
  4.2 速度辨识仿真模型  53-55
  4.3 仿真试验结果及其对比分析  55-60
    4.3.1 转子磁链计算环节及离散化  56-58
    4.3.2 超同步速状态下的仿真分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 总结与展望  61-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间主要的研究成果  69

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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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