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风力机塔架侧振控制及双馈发电机滑模控制研究

作　者: 练俊
导　师: 郑黎明
学　校: 汕头大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 变速恒频 塔架振动控制 极点配置 DFIG 高阶滑模控制
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着石油、煤炭等常规能源的日益消耗,以及随之而来的环境污染,迫使人们寻求新的能源。风能作为一种可再生的绿色能源,最大化地捕获并且投入到电网是各国竞相追逐的目标。本论文第一部分以变速恒频风力机(VSCF WT)为研究对象,运用MatLab/SimuLink工具对变速恒频风力发电系统进行了建模及仿真。分析了变速恒频风力机运行原理,以及对控制目标要求。介绍了目前国内外塔架振动控制的技术现状,针对风力机在额定风速下的运行状况,利用最优功率跟踪的方法实现最大风能捕获的同时,推导出电磁转矩对塔架侧振的影响,建立仿真模型。从更易于操作的发电机电磁转矩为出发点,采用加速度传感器反馈,利用极点配置的方法,对系统进行固有频率及阻尼的配置,通过仿真验证该方法的有效性,并且指出该方法需要完善之处。第二部分以双馈感应发电机(DFIG)为研究对象,介绍了其运行原理,分析了不同坐标下的数学模型。运用空间矢量变换技术,采用定子磁场定向,实现了有功功率和无功功率解耦控制。接着介绍了滑模控制的相关知识,针对DFIG非线性特性及滑模抖动问题,将高阶滑模控制运用到DFIG控制中,设计基于非奇异终端滑模面的二阶滑模控制器,通过与经典的基于指数趋近律的滑模控制方法的结果对比,表明所设计的控制器可很好地实现控制目标并有效抑制了抖振。最后对本文工作进行了总结,并指出工作的不足之处及今后可进一步研究的方向。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 研究背景  7
  1.2 风电发展现状与趋势  7-15
    1.2.1 国外风电发展现状与趋势  11-12
    1.2.2 国内风电发展现状与趋势  12-15
  1.3 论文安排  15-16
第二章 变速恒频风力发电机组仿真及塔架侧振控制研究  16-46
  2.1 变桨变速恒频风力发电机组概述  16-19
    2.1.1 风力机变桨距功率调节  16-17
    2.1.2 变速恒频风力发电系统  17-19
  2.2 变速恒频风力发电机组仿真  19-30
    2.2.1 风力机模型  20-22
    2.2.2 传动链模型  22-23
    2.2.3 塔架  23-25
    2.2.4 发电机  25
    2.2.5 最大风能捕获技术  25-28
    2.2.6 桨距控制  28
    2.2.7 风力发电系统仿真  28-30
  2.3 变速恒频风力发电机组塔架侧振控制  30-45
    2.3.1 风力机控制目标  30-31
    2.3.2 塔架振动控制及研究现状  31-33
    2.3.3 基于极点配置的塔架主动振动控制研究  33-45
  2.4 本章小结  45-46
第三章 双馈发电机建模与仿真  46-58
  3.1 双馈感应发电机概述  46
  3.2 双馈感应发电机基本理论及运行分析  46-49
    3.2.1 双馈感应发电机的工作原理  46-47
    3.2.2 双馈感应发电机的功率流动关系  47-49
  3.3 双馈感应发电机的数学模型  49-55
    3.3.1 三相静止坐标系的数学模型  49-52
    3.3.2 dq两相同步速坐标系的数学模型  52-55
  3.4 双馈感应发电机的仿真  55-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章 双馈发电机高阶滑模控制  58-80
  4.1 滑模控制基础  58-64
    4.1.1 滑模控制系统的数学描述  58-59
    4.1.2 滑动模的数学描述  59-60
    4.1.3 滑动模的到达条件  60-61
    4.1.4 变结构控制系统的综合  61-62
    4.1.5 滑模控制抖振及消除  62-64
  4.2 高阶滑模控制  64-67
    4.2.1 高阶滑模控制基础  64-66
    4.2.2 二阶非奇异终端滑模控制  66-67
  4.3 DFIG非奇异终端高阶滑模控制器研究  67-79
    4.3.1 定子磁场定向的DFIG数学模型  67-69
    4.3.2 基于趋近律的经典滑模控制器设计  69-70
    4.3.3 基于非奇异终端滑模面的高阶滑模控制器设计  70-74
    4.3.4 控制器仿真  74-79
  4.4 本章小结  79-80
第五章 全文总结与展望  80-82
  5.1 工作总结  80
  5.2 研究展望  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
个人简历  87

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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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