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《华北电力大学(北京)》 2010年
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变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制

范晓旭  
【摘要】: 风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式,近年来在世界范围内获得了飞速的发展,其中变速恒频风力发电技术以其独特的优势,成为风电研究领域的主流。本文以国家自然科学基金项目(50677021)—大型变速风力发电混杂系统全工况优化运行控制策略研究”、教育部重点项目(105049)—大型风力发电机组先进控制相关技术研究和华北电力大学211工程三期重点建设项目—风力发电物理实验平台及软件仿真机的研制为依托,重点对变速恒频风力发电机组的风轮、发电机、变流器、传动链四大组成部分的建模与控制进行了研究,论文主要内容及研究成果如下: (1)运用叶素理论、涡流理论修正风速及权系数分配叶素的改进方法,建立了变桨距风力机机理模型,考虑到风剪和塔影效应对风力机模型进行了进一步修正,得到的新风力机模型不仅具有桨叶翼型适应性,而且提高了建模精度,更加符合实际情况。 (2)分析了双馈风力发电机的工作原理、等值电路及稳态相量图。在此基础上,运用空间矢量理论建立了其空间矢量模型,分析了双馈风力发电机不同运行状态下定转子磁动势空间矢量的相位关系,揭示了其交流励磁的电磁本质。 (3)详细分析了变速恒频双馈风力发电机组的运行区域和控制目标,重点阐述了并网控制、最大风能追踪控制和变桨距控制的原理及方法。给出了机组的仿真模型,并对其主要工况运行过程进行了仿真研究,得到了相应的运行曲线,为风力发电软件仿真机奠定了基础。 (4)建立了双馈风力发电机变流器高频混杂模型,运用混杂自动机理论对变流器的PWM调制过程进行了分析,得到了状态变迁集、不变集等重要集合,为利用混杂系统理论分析电力电子线路提供了新思路。针对网侧变流器的控制,提出了一种基于转子电流空间矢量模值变化率(dAir/dt)的模糊自整定PID改进控制策略,仿真结果表明,该控制策略提高了变流器直流母线电压的鲁棒性。 (5)以最小化稳态工作点附近的波动为优化目标,综合Kalman滤波器、状态反馈、最优控制等方法,设计了一种基于有效风速观测器的自适应增益调度LQG最优控制策略。经仿真实验证明,该控制策略不仅解决了风轮扫略面三维风速场有效风速观测问题,而且实现了风轮、传动链、发电机、变桨距等多系统协调优化控制,减小了传动链载荷,平滑了输出功率。 (6)搭建了一套风力发电物理实验平台,给出了具体的软硬件设计方案,并且已经初步实现了风力机特性模拟功能,为开展变速恒频发电实验奠定了基础。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM315

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 谢桦;张德宏;;双馈风力发电机组最大风能捕获控制方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李俊丽;张光辉;祝晓红;;新型智能变增益单神经元PID控制算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 黄悦华;;基于积分滑模控制的三电平Buck变换器[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 张细政;王耀南;;永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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8 郑征;王聪;赵焕;;PWM整流器直接功率控制的新型调制策略[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 周雪松;李超;马幼捷;李季;于阳;;自抗扰控制技术在变速恒频双馈风力发电系统中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 杨锡运;刘欣然;;积分模糊滑模控制在变速风力发电机组中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 王敏;分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响[D];合肥工业大学;2010年
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5 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
6 刘杨华;SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算[D];湖南大学;2010年
7 田军;多绕组变压器式可调电抗的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
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2 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
3 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
4 苗晋玲;基于ARM的三自由度直升机嵌入式控制系统设计[D];南昌航空大学;2010年
5 岳光亮;基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计[D];山东科技大学;2010年
6 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年
7 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
8 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
9 翟清震;电流型Z源逆变器主电路控制策略研究[D];山东科技大学;2010年
10 董云连;阻抗源能馈型交流电子负载的研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 王丽广;;风电机组的防雷保护[J];变流技术与电力牵引;2008年02期
2 裴景斌;周维来;孙敬华;张哲;;双馈风电变流器网侧LCL滤波器设计[J];变频器世界;2009年06期
3 姜义;;光电编码器的原理与应用[J];传感器世界;2010年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张兴;PWM整流器及其控制策略的研究[D];合肥工业大学;2003年
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1 黄海燕;低碳经济背景下风力发电布局与评价研究[D];辽宁师范大学;2010年
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【二级引证文献】
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4 李涛;基于ARM的直驱风电机组控制系统设计与实验研究[D];华北电力大学;2012年
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1 张兴;PWM整流器及其控制策略的研究[D];合肥工业大学;2003年
2 刘其辉;变速恒频风力发电系统运行与控制研究[D];浙江大学;2005年
3 赵仁德;变速恒频双馈风力发电机交流励磁电源研究[D];浙江大学;2005年
4 林成武;变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究[D];沈阳工业大学;2005年
5 李晶;变速恒频双馈风电机组动态模型及并网控制策略的研究[D];华北电力大学(河北);2005年
6 邹旭东;变速恒频交流励磁双馈风力发电系统及其控制技术研究[D];华中科技大学;2005年
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1 张慧;开关磁阻发电机系统的研究[D];浙江大学;2003年
2 季建强;电压型PWM整流器(VSR)不平衡控制策略研究[D];合肥工业大学;2004年
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5 杜明慧;变转速风力机整机性能研究及软件开发[D];汕头大学;2005年
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7 郭洪澈;郭庆鼎;;风力发电机组变桨距系统的H_∞控制研究[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
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2 记者 赵国清;沈阳造出国内首台3.0兆瓦风力发电机[N];沈阳日报;2009年
3 本报记者 杨期仁 通讯员 赵子征 李理纯;湘机一风力发电机新产品通过省级鉴定[N];湘潭日报;2009年
4 通讯员 楮宁;沈阳造出国内首台3.0兆瓦风力发电机[N];中国技术市场报;2009年
5 记者 罗佳旻;“菲仕”风力发电机填补多项国内空白[N];宁波日报;2010年
6 美国专利律师 薛之扬;风力发电机巨头专利官司愈演愈烈[N];科技日报;2010年
7 娜姿;全省首台2MW双馈风力发电机在宜下线[N];宜兴日报;2011年
8 CNE记者 霍丽文;提高双馈风力发电机准入标准[N];中国电力报;2011年
9 江苏 马鹏飞;风力发电机工作原理及选购[N];电子报;2002年
10 本报通讯员 薛瑞平 郭春宝;守护“风电之都”[N];中国气象报;2011年
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1 范晓旭;变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制[D];华北电力大学(北京);2010年
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6 胡雪松;直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略的研究与控制系统设计[D];重庆大学;2010年
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