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直驱式风力发电变速恒频系统研究

作　者: 徐海青
导　师: 钱晓龙
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 风力发电变速恒频 PWM变流器空间电压矢量模糊PI控制器
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 222次
引　用: 1次
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内容摘要

能源问题一直是人们生产生活中永恒的主题,21世纪的能源更是人们关注的焦点。非可再生能源的日益枯竭,使得世界各国纷纷努力寻找新的能源,以满足生产生活中的需要。作为一种清洁的可再生能源,风能被认为是一种理想的绿色新能源。风能的主要利用形式为风力发电。国内的风力发电变流设备和技术大多都是引进国外专利,因此研制具有自主知识产权的风电变流设备,是我国风电事业的当务之急。本文研究了各类风力发电系统,研究表明,直驱式风力发电系统是最有发展前景的风力发电系统,而直驱式风力发电中采用的双PWM变流单元是最具有优势的拓扑结构。通过对直驱式风力发电系统的理论分析和研究,总结了各自的特点。并针对稳压变流单元尝试着采用一种新的控制方案。由于多极低速永磁同步风力发电机模型十分复杂,为了研究方便,将其模型进行等效,鉴于控制对象——变流稳压单元具有多变量、时变、非线性、耦合、强扰动的复杂性及系统存在的不确定因素,对该系统的变流稳压单元进行数学建模,采用空间电压矢量PWM调制算法,设计了基于PI控制器的电流内环和电压外环的双环控制系统,并对各个部分进行仿真建模,针对常规PI控制器在非线性、强扰动、多变量系统中存在的快速性和动态特性不好的问题,考虑模糊自整定PI控制器的实用性及处理该类问题的有效性,设计了模糊自整定PI控制器。通过模糊自整定PI控制的仿真结果与常规PI控制对比,得出采用优化隶属度函数的模糊PI控制器的系统快速性良好,超调小,上升时间短,抗扰动效果好的结论,实验结果表明理论设计的正确性,为以后的工程实现提供借鉴。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 变速恒频技术的研究现状  10-14
    1.2.1 双馈风力发电机组变速恒频技术现状  11-13
    1.2.2 直驱式风力发电机组变速恒频技术现状  13-14
  1.3 论文的研究意义及主要内容  14-17
第2章变速恒频风力发电系统  17-31
  2.1 风力发电系统组成  17-20
  2.2 风力机动态特性  20-23
  2.3 变速恒频风力发电系统运行原理  23-24
  2.4 变速恒频风力发电系统分类  24-29
    2.4.1 异步发电机交直交型风力系统  25
    2.4.2 双馈异步风力发电系统  25-26
    2.4.3 同步风力发电系统  26-27
    2.4.4 低速永磁同步发电机直驱系统  27-29
  2.5 本章小结  29-31
第3章直驱式风力发电变速恒频系统研究  31-47
  3.1 DC/DC升压斩波的变速恒频系统  31-35
  3.2 转速控制的PWM整流变速恒频系统  35-40
  3.3 稳压控制的PWM整流变速恒频系统  40-46
    3.3.1 PWM稳压单元的控制系统数学分析  40-42
    3.3.2 VSR系统数学模型  42-44
    3.3.3 VSR稳压单元控制系统  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章稳压单元模糊自整定PI控制器设计  47-65
  4.1 PWM稳压变流单元控制系统设计  47-51
    4.1.1 电流内环控制器的设计  47-50
    4.1.2 电压外环控制器的设计  50-51
  4.2 PI控制的PWM稳压变流单元建模  51-56
  4.3 稳压变流单元模糊自整定PI控制器设计  56-63
    4.3.1 稳压变流单元模糊自整定PI控制器的结构  56-57
    4.3.2 稳压变流单元模糊自整定PI控制器设计  57-63
  4.4 本章小结  63-65
第5章稳压变流单元仿真实验及结果  65-71
  5.1 稳压变流单元模糊自整定PI控制器的仿真模型  65
  5.2 仿真结果  65-69
  5.3 本章小结  69-71
第6章结论及展望  71-73
  6.1 主要结论  71
  6.2 进一步工作展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77

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