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变速恒频双馈风电系统最大风能追踪研究

苏宪彬  
【摘要】: 随着能源问题和环境问题的日益严峻,世界各国竞相发展可再生能源。而风能凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比高等优势得到了世界各国的认可,是目前世界上发展得最快的可再生能源。随着风力发电机组容量的不断增大,提高风能利用率和风电机组运行效率已经成为风力发电技术研究的重要内容之一。 本文首先介绍了国内外风电发展现状、最大风能追踪技术和变速恒频技术;接着给出了风速和风力机的数学模型;经过坐标变换,进一步得出了转子坐标系下双馈风力发电机数学模型;其次研究了双馈风力发电机基于转子磁链定向的直接转矩控制的基本原理并建立了相应的数学模型。 风速的随机性,不确定性特点导致风电场的输出功率不断波动和震荡,如果接入电网势必会对电网产生一系列不良影响,所以在风电穿透功率较大的电网中,风电机组的运行特性显得极为重要,尤其是其动态响应特性。为了提高风能利用效率、保证功率输出的稳定,针对风波动较快的特点,本文采用BP神经网络PID控制器,在低风速下最大限度地跟踪理想曲线,从而获得最大的输出功率。同时将直接转矩控制技术应用于双馈风力发电机中。直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单等优点,它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等一系列问题。 通过建立不同风速模型、风力机及机械传动部分模型、双馈风力发电机模型、直接转矩控制和最大风能追踪控制器仿真模型,构建了完整的变速恒频双馈风电机组系统仿真模型。在最后的仿真研究中,对不同风速下变速恒频风电机组动态运行特性进行了分析,进而改进了BP算法进行进一步验证,仿真结果表明了在风速变化时,变速恒频风电机组功率输出具有较好的跟踪效果,系统性能稳定,验证了该仿真模型的正确性及控制系统的有效性。


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