【摘要】：現(xiàn)代社會能源問題日漸嚴重和生態(tài)環(huán)境問題頻發(fā),開發(fā)利用可再生能源對改善生態(tài)問題有著極為重要的作用。其中風(fēng)能具有分布廣泛、儲量豐富和利用方便等特點,成為現(xiàn)階段發(fā)展速度最快和最具有發(fā)展前景的可再生能源之一。風(fēng)電技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率優(yōu)化與控制方法研究也成為研究的重點。選用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,通過分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài),提出了全風(fēng)速段雙模控制策略。并且建立了變速變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和模擬風(fēng)速的仿真模型,為驗證控制策略的有效性提供仿真環(huán)境。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在額定風(fēng)速以下運行時的最大風(fēng)能捕獲問題,分別采用爬山搜索法和改進極值搜索法進行風(fēng)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能捕獲控制。改進極值搜索法通過運行點相位信息來進行搜索,并通過改進積分器實現(xiàn)變步長快速追蹤穩(wěn)定運行的控制目標(biāo)。仿真結(jié)果表明:改進極值搜索法能夠使系統(tǒng)快速地跟蹤風(fēng)速變化,保持最佳葉尖速比,提高了風(fēng)能利用系數(shù)和風(fēng)能的利用效率。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在額定風(fēng)速以上運行時保持恒功率運行問題,分別采用常規(guī)PID和模糊自適應(yīng)PID變槳距控制。通過模糊控制器來實時整定PID控制器的三個參數(shù),提高了變槳距控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性,使系統(tǒng)的輸出功率更加穩(wěn)定,同時降低了系統(tǒng)的機械載荷,保證了風(fēng)電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運行。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率優(yōu)化與控制問題,提出了在全風(fēng)速段以兩種控制模式運行的控制策略。對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行風(fēng)況進行以額定風(fēng)速為準(zhǔn)的高低兩種風(fēng)況的判別,低風(fēng)速段采用基于改進極值搜索法的最大風(fēng)能捕獲控制;高風(fēng)速段采用基于模糊自適應(yīng)PID變槳距控制。通過仿真效果來看,針對不同的風(fēng)況條件,實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率的優(yōu)化與控制,能夠使系統(tǒng)快速響應(yīng),有效提高了風(fēng)能利用效率和恒功率運行的穩(wěn)定性,既提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟效益又保證了安全穩(wěn)定運行。圖36幅;表8個;參44篇。
【圖文】：

再到電能的能量轉(zhuǎn)化過程。2.1 變速變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)中，大容量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主導(dǎo)機型是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組和直驅(qū)式永磁發(fā)電機組。雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用的是雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機（Doubly-Fed Induction Generator，簡稱 DFIG）。雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子繞組直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組與雙向背靠背（AC-AC）的基于 IGBT 的電壓源變流器相連。定子繞組也稱功率繞組，將發(fā)電機的電功率傳輸?shù)诫娋W(wǎng)；轉(zhuǎn)子繞組也稱控制繞組，通過雙向變流器連接電網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)其頻率等參數(shù)來控制輸出功率，確保電網(wǎng)穩(wěn)定。雙饋感應(yīng)發(fā)電機以其調(diào)速范圍廣，功率解耦可調(diào)、機械結(jié)構(gòu)簡單堅固和制造成本低廉等優(yōu)勢成為當(dāng)前風(fēng)電市場的主流機型[33]。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成部分主要有風(fēng)輪、傳動機構(gòu)、發(fā)電裝置、控制系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航機系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等[34]，如圖 1 所示。

其的可靠性要求比常規(guī)機械部件嚴格得多，除了常規(guī)的機械性能抗低溫性、良好的抗噪聲性和較高的齒輪精度等級，，潤滑、冷卻十分必要的設(shè)計。主齒輪箱的種類眾多，按照傳動方式分為平行和組合傳動齒輪箱，按照傳動級數(shù)分類有單級和多級齒輪箱等。機是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的重要部件，負責(zé)把主軸輸出的機械能轉(zhuǎn)換網(wǎng)或儲存在儲能裝置中。目前，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中主要機型有籠型感應(yīng)發(fā)電機和同步發(fā)電機等。針對不同的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和控制策機類型。雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子繞組與籠型感應(yīng)發(fā)電機相同，為轉(zhuǎn)子繞組通過用于變速恒頻控制的雙向變流器連接到電網(wǎng)，采用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖 2 所示。雙饋發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子都可以進行，即饋電的運行方式。采用雙饋發(fā)電機只需要控制轉(zhuǎn)差功率，一率的 30%，大大減小了變流器的容量，獲取了較大的調(diào)速范圍，風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

【參考文獻】

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本文編號：2590066