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基于系统鲁棒性的双馈风力发电机并网研究

臧欢  
【摘要】:本文以目前在风力发电领域最为流行的双馈式风力发电系统为研究对象,重点研究其空载-负载滑模并网控制策略,根据电网电压矢量定向理论,通过控制转子电流精确控制双馈发电机定子侧输出电压,使其与电网电压同步;由于PI控制不足以抵抗来自系统的内部及外部干扰,本文基于滑模控制理论优化双馈式变速恒频系统并网控制的鲁棒性。本文在研究双馈式风力发电机组变速恒频的运行原理之后,分别推导出理想状态下空载并网和负载并网的控制策略;根据滑模控制对被控对象模型参数依赖不强的特点提出使用滑模控制器优化双馈风力发电系统空载并网及负载并网控制系统,在对理想情况下建立的双馈风力发电系统空载并网模型和负载并网模型做了修正之后,发现修正过后的空载并网系统和负载并网系统高度相似,两个系统的状态变量、输入变量以及输入矩阵都相同,只有系统矩阵存在一些差别;本文以空载并网系统和负载并网系统高度相似为基础,提出可以使用同一种类型的滑模面和同样类型的趋近律设计双馈风力发电机的空载和负载并网滑模控制器,并利用李雅普诺夫函数证明了所设计的控制器的稳定性,实现了空载-负载平滑并网。本文利用MATLAB/SIMULINK平台搭建软件仿真实验,在验证双馈式风力发电机空载及负载并网控制策略有效性的前提下,以提高系统鲁棒性为目的设计滑模控制器,改善了在系统存在扰动时PI控制下双馈风力发电机输出电压对电网电压同步误差较大的问题,验证了在理想工况及发电机参数摄动工况下稳定迅速的达到与电网电压同步的控制效果。


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