直驱永磁同步风力发电控制系统研究

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在能源和环境危机逐渐凸显的背景下,风能作为一种清洁可再生能源,它的开发与利用显得格外重要,风力发电在世界范围内迅速发展。直驱永磁同步风力发电系统与双馈风力发电系统相比,无需励磁,风力机与发电机直接耦合,省去了传动齿轮箱,使它具有低速性能好、控制简单、维护成本低及运行可靠等优点,成为又一研究热点。在风电系统中,控制系统是机组正常运行的核心,其控制技术是风电机组的关键技术。为了促进风力发电技术的理论研究和应用的快速发展,论文对直驱永磁同步风力发电控制系统加以研究。首先,对风力发电、直驱永磁同步风力发电的发展现状以及控制理论作了较为全面的综述。其次,介绍了直驱永磁同步发电机型变速恒频风力发电系统,确立双PWM变流器为该系统的变流装置,建立风速、风力机和永磁同步电机的数学模型。分析最大风能跟踪的控制目标,进行永磁同步发电机的直接转矩控制技术研究,设计二自由度PID控制器,并将粒子群算法(PSO)应用于二自由度PID参数整定,实现对永磁同步发电机的转速控制。利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建上述系统的模型,并进行仿真分析。从理论上验证直接转矩控制方法应用于永磁同步风力发电系统中的可行性以及新型PID控制器的优势。最后,总结了本文的研究工作,并指出了今后研究方向。
摘要第2-3页
Abstract第3页
第一章 引言第6-10页
    1.1 风力发电概述第6-7页
    1.2 直驱永磁同步风力发电发展概况第7-8页
    1.3 风力发电系统控制理论的发展与应用第8-9页
    1.4 论文的主要工作第9-10页
第二章 直驱永磁同步风力发电系统综述第10-28页
    2.1 直驱永磁同步风力发电系统第10-12页
    2.2 直驱风力发电变流器及控制技术第12-15页
    2.3 直驱风电系统主要组成部分数学模型第15-23页
        2.3.1 风速模型第15-16页
        2.3.2 风力机模型第16-18页
        2.3.3 永磁同步发电机数学模型第18-23页
    2.4 风力机最大风能跟踪策略第23-26页
    2.5 本章小结第26-28页
第三章 永磁同步发电机直接转矩控制技术研究第28-36页
    3.1 直接转矩控制原理第28-31页
        3.1.1 电压空间矢量第28-29页
        3.1.2 定子磁链轨迹第29-31页
        3.1.3 电磁转矩控制第31页
    3.2 永磁同步风力发电机直接转矩控制系统构成第31-35页
        3.2.1 定子磁链观测器模型第33页
        3.2.2 电磁转矩计算第33-34页
        3.2.3 相位角计算第34页
        3.2.4 磁链与转矩滞环比较器第34页
        3.2.5 开关矢量表第34-35页
    3.3 本章小结第35-36页
第四章 永磁同步发电机转速二自由度控制方法研究第36-46页
    4.1 二自由度PID控制系统简介第36-40页
    4.2 速度环二自由度PID控制器设计第40-41页
    4.3 二自由度PID参数的粒子群优化算法整定第41-44页
        4.3.1 粒子群优化算法原理第41-43页
        4.3.2 基于PSO的二自由度PID参数优化整定第43-44页
    4.4 本章小结第44-46页
第五章 永磁同步发电机系统仿真与分析第46-58页
    5.1 仿真平台介绍第46-47页
    5.2 永磁同步发电机系统仿真模型的建立第47-50页
        5.2.1 风力机模块第47页
        5.2.2 直接转矩子模块构造第47-49页
        5.2.3 速度环调节器模块第49-50页
    5.3 系统在MATLAB/Simulink中的仿真与分析第50-56页
        5.3.1 永磁同步风力发电机侧直接转矩控制系统仿真与分析第50-54页
        5.3.2 二自由度PID控制器的PSO算法参数整定仿真与分析第54-55页
        5.3.3 二自由度控制方法仿真与分析第55-56页
    5.4 本章小结第56-58页
结论第58-60页
参考文献第60-62页
攻读学位期间的研究成果第62-64页
致谢第64-66页
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