直驱式风电系统的建模仿真与优化控制研究

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1、学校代码10406分类号TP391.4盲审编号X04182密级学号120081101013题目直驱式风电系统的建模仿真与优化控制研究作者陈立虎学科、专业控制理论与控制工程指导教师马银平教授程若发副教授申请学位日期2015.06学校代码：10406分类号：TM315学号：120081101013南昌航空大学硕士学位论文（学术学位研究生）直驱式风电系统的建模仿真与优化控制研究硕士研究生：陈立虎导师：马银平教授程若发副教授申请学位级别：硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：信息工程学院答辩日期：2015-06授予学位单位：南昌航空大学AStudyofModeling

2、SimulationandOptimalControlofDirectDriveWindPowerSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnControlTheory&ControlEngineeringbyChenLiHuUndertheSupervisionofProf.MaYinPingAssociateProf.ChengRuoFaSchoolofInformationEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要随着全球

3、不可再生性能源的过度开采与利用，一场传统能源危机正在悄然来临。风力发电具有无污染、风能可循环利用和技术发展较成熟等优点，正成为新能源领域发展中的一个重要方向。直驱式永磁同步风力发电系统采用变速恒频发电方式，有效地提升了风能利用效率。再加上其稳定性高，发电量大等优势，正成为风力发电研究中的热点。本文将以直驱式永磁同步风力发电系统的建模与仿真为主线，对最大功率追踪控制、网侧逆变器控制以及控制器参数优化等问题进行研究。文章跟据直驱式风电系统的运行特性，建立风力机、永磁同步发电机、电力电子变流器和直流环节的数学模型，并探讨了各部分的控制策略。在以上数学模型及控制策略基础之上

4、建立直驱式永磁同步风力发电系统MATLAB/SIMULINK仿真模型，验证了该仿真模型的正确性以及各部分控制策略的有效性。针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制问题，以最佳叶尖速比法为依据，设计PID与反馈线性化复合控制器。复合控制器的仿真结果与反馈线性化控制器和传统PID控制器单独控制下的仿真结果相比，在低风速下复合控制器控制的风能利用系数和输出功率均高于反馈线性化控制器和传统PID控制器。在以上研究的基础上，针对复合控制器PID参数和网侧逆变器PI参数难以确定的问题，采用粒子群优化算法对复合控制器及网侧逆变器的各参数进行多目标寻优。将比例参数、积分参数、

5、超调量和误差等所需寻优值输入粒子群算法程序中，得到的寻优参数值输入到控制系统并进行仿真。仿真结果表明，经粒子群优化算法寻优后的复合控制器对直驱式风电系统的最大功率追踪控制效果更佳，网侧逆变器的PI参数经寻优后能使直流母线电压更快达到稳定值，并网的电压与电流也很平稳。关键词：最大功率跟踪；粒子群优化算法；网侧逆变器；直驱式风电系统；复合控制器IAbstractWiththeover-exploitationandutilizationoftheglobalnon-renewableenergysources,atraditionalenergycrisisisquie

6、tlycoming.Theadvantagesofwindpowergenerationarenon-pollution,windenergyrecycledandmaturetechnology,itbecominganimportantdevelopmentdirectioninthefieldofnewenergy.Thedirectdrivepermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystemusedvariablespeedconstantfrequencypowergeneration.Ithaveadv

7、antagesofimprovetheutilizationefficiencyofwindenergyeffectively,highstabilityandlargegeneratingcapacity.Thepowergenerationmethodisbecomingahotspotintheresearchofwindpowergeneration.Inthispaper,themodelingandsimulationofdirectdrivepermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystemast