直驱风电机组子控制器的无扰切换研究

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随着化石能源的日益消耗和环境污染的加重,风力发电作为一种新型的可再生能源,因其具有发电成本低、对环境无污染等优点,越来越受到世界各国研究者的重视。随着风力发电技术的发展,直驱永磁风力发电以其结构优点,成为了风力发电系统中最具发展潜力的方式之一风力发电系统是一个具有多工况、多控制器的复合型控制系统,不同工况的转换具有随机性,子控制器之间能否无扰切换,对系统控制的稳定性显得尤为重要。本文将以风电机组运行过程中的两个典型工况的子控制器作为研究对象,重点对子控制器的切换策略进行研究,主要工作如下:(1)本文介绍了风电产业在全球范围内的发展现状,重点阐述了在风速达到额定风速前后的两个工况下,子控制器及其切换策略的研究现状。基于对直驱式永磁风电机组基本结构以及工作原理的深入研究分析,建立了风力机、发电机以及变流器的数学模型,为后续子控制器的设计以及切换策略的研究奠定了基础。(2)基于对风速在额定风速上下的两个工况,对子控制器的控制策略进行研究,并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型。在风速低于额定风速的最大风能追踪阶段,采用基于电机转子磁场定向的矢量控制调制策略,对机侧变流器进行控制,实现最大风能捕获,采用基于电网电压定向的矢量控制调制策略,对网侧变流器进行控制,实现有、无功功率的解耦控制,保证直流侧电压保持稳定:在风速高于额定风速的恒功率控制阶段,采用基于模糊算法的变桨距控制,实现减少风能吸收,使输出功率稳定在额定功率的控制目标。(3)基于对子控制器切换过渡过程控制系统控制量突变的特点及原因的深入研究,采用自抗扰控制器安排电机转子电流过渡过程,达到抑制切换过程中引起的电机转子电流突变的切换控制目标,降低了由于子控制器切换引起的输出功率突变,提高了发电质量。并基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了子控制器切换策略的可行性。(4)针对自抗扰控制器参数较多,整定较为复杂的特点,引入粒子群算法基于风电仿真模型对自抗扰控制器参数进行寻优整定。仿真结果表明了粒子群算法对自抗扰控制器参数整定的有效性。
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