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东南大学

硕士学位论文

风力发电机组建模与控制

姓名:温鹏

申请学位级别:硕士

专业:能源信息技术

指导教师:沈炯摘要

摘要

能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源,不仅可以节约常规能源,而且减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,越来越受到各

国的重视。

由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点,风力发电机组是复杂多变量非线性不确

定系统,因此,本文针对风力发电机组建模与控制问题展开研究,本文具体内容如下:

(1)建立了具有一定功率谱密度特性的脉动风速AR模型。讨论了频率截取区间、频率采样点数、时间间隔等参数对模拟结果的影响,探讨了AR模型阶数的选取方法。仿真结果表明,模型很

好地反映了脉动风的基本特性,可以用于风力发电系统的动态仿真。

(2)用分析建模的方法得到各个部件的模型,考虑各个模型间的相互关系,建立了风力发电系统整体模型来描述整台风力发电机组的动态行为。将第二章的风速模型作为系统输入,对比研究了

刚性轴传动系统和柔性轴传动系统的输出结果。与刚性轴模型相比,柔性轴模型更准确地分析传动

系统的动态特性,但是计算比较复杂,影响控制系统的控制响应。

(3)分析风力发电机组的特性,通过调节发电机的转距,从而控制风轮转速,使风轮转速跟随风速的变化,实现了风力发电机组系统最大风能捕获控制策略。将基于极值搜索算法的MPPT控制策略应用在风力发电系统中。基于风速测量、功率测量和转速测量,计算功率系数和叶尖速比的相位信号,利用二者信号差来搜寻和功率系数曲线最大值相关的运行点,仿真证明了基于极值搜索算

法的MPPT控制在风力发电系统应用中的有效性。

关键词:风力发电系统;风速模型;AR法;风能特性;传动系统;风力发电机组模型;MPPT算法;

极值搜索

I

Abstract

Abstract

Energyandenvironmentarepressingproblemsthatmustbesettledbyhumanbeingsforfuturesurvivalanddevelopment.Asanimportantkindofgenerationform,windpowergenerationnotmerelycansavetheroutineenergyresources,butalsomaydecreasepollutionoftheenvironment.Thusitcanbringpreferableeconomicbenefitsandcommunitybenefits.Atrecent,windpowergenerationhascaughtmoreconcernby

governmentsallovertheworld.

Ratherthanthelowdensity,instabilityandrandomnessofwindenergy,windturbineshavestrong

nonlinearmultivariablewithmanyuncertainfactorsanddisturbances.

(1)ARmodeloffluctuatingwindwithcertainpowerspectraldensityisestablished.Theinfluenceofparameterswhichincludeinterceptingintervaloffrequency,thenumberofsamplingpoints,timeintervalarediscussedandthemethodofchoosingmodelorderarereferred.Thesimulationsuggestsgreatcoincidenceofmodeltoreflectfluctuatingwindcharactersandthemodelcanbereferredinthe

dynamicsimulationofwindenergyconversionsystem.

(2)T

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