兆瓦级风力发电机组的建模与控制研究

华北电力大学（保定）

硕士学位论文

兆瓦级风力发电机组的建模与控制研究

姓名：牛丽琼

申请学位级别：硕士

专业：控制科学与工程;控制理论与控制工程

指导教师：孙海蓉

2011-03

摘 要

随着传统常规能源日渐枯竭及其对地球环境造成的严重污染，世界各国政府都相继投入大量资金用于新能源和可再生能源的开发和利用。风能是一种清洁、无污染的可再生能源，风力发电是当前人类利用风能的主要形式。我国有着十分丰富的风能资源。近年来，我国的风电产业发展十分迅速。但是，目前我国风力发电机组的自主研发能力明显不足，特别是兆瓦级大型风力发电机组的研发水平明显滞后于欧美等发达国家。因此，开发高性能、大容量的兆瓦级风力发电机组将成为我国风电事业发展的必然方向。

因此本文首先就兆瓦级变速恒频风力发电机组各组成部分的动态数学模型做了研究。随后讨论了变速恒频风力发电机组的矢量变换控制策略以及最大风能追踪原理。并在matlab的simulink仿真环境中建立了系统各部分的仿真模型，主要包括：风速模型、风力机模型、传动系统模型、发电机模型以及控制器模型。并针对所建立的系统模型进行了仿真研究，仿真结果显示了所建立模型的正确性和控制策略的有效性。最后讨论了风力发电机组在高于额定风速时的桨距角控制。设计了机组在高于额定风速时的桨距角模糊控制器，并用神经网络训练了功率系数Cp曲线模型。该模糊控制器在高于额定风速时，可以根据机组功率及功率变化率调节桨距角，保证机组在额定值下运行。

关键词：风力发电；变速恒频；建模；模糊控制；神经网络

Abstract

Today,more and more governments pay their large attention to wind power because of its characteristics of cleaniness and free pollution.Our country has rich wind energy resources and in recent years the wind power industry in our country is growing rapidly. However, the autonomy of our wind turbine research and development capability significantly lag behind many developed countries, especially in large-scale megawatt-class wind turbine research. Therefore, it is very important for our country to develop high-performance, large capacity wind turbine power system.

This paper mainly studies the dynamic model for the VSCF wind power generation system including :wind speed model,wind turbine model,transmission mode and the generator model,and discusses the control strategies of the VSCF wind power generation system. Then we builded a simuation model of the VSCF wind power generation system in MATLAB/simulink.Based on the simulink model we researched the dynamic characteristics of the VSCF under low wind speed.The simulation results show the correctness of the model as well as the effectiveness of the control strategies。At last,we discussed the pitch angle control of the wind turbine system under high wind speed and designed a fuzzy logic controller.The fuzzy logic controller can adjust the pitch angle of the system to keep the output power under limit.

Keywords: wind turbine；variable speed constant frequency；modeling；fuzzy logic control；neural networks

华北电力大学硕士学位论文原创性声明

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第1章　绪　论　

1.1 课题背景及研究的目的和意义

随着传统常规能源，如原煤、石油等的日渐枯竭及其对地球环境造成的严重污染，世界各国政府都相继投入大量资金用于新能源和可再生能源的开发和利用，都在积极寻求一条经济社会进步与资源、环境和人口相协调的可持续发展道路。

风能是一种清洁、无污染的可再生能源，风力发电是当前人类利用风能的主要形式。据专家们估计，地球上所接收到得太阳辐射能大约有2%转换成风能，装机容量可达10TW，每年可发出电力13PWh[1]。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着桨叶空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力 …… 此处隐藏：10458字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……