電磁耦合調(diào)速型風電機組最大風能跟蹤控制研究.pdf

1、隨著風電機組裝機規(guī)模的持續(xù)增大，傳統(tǒng)風電機組并網(wǎng)后對電網(wǎng)適應(yīng)能力差的問題也日益凸顯出來。針對這些問題，近些年來，采用傳統(tǒng)同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的調(diào)速型同步風電機組越來越受到各國研究人員的關(guān)注。本文將以我國自主研發(fā)的電磁耦合調(diào)速型風電機組為研究對象，在分析了風力機和電磁耦合器的工作原理及運行過程的基礎(chǔ)上，針對該類型風電機組的最大風能跟蹤控制和恒轉(zhuǎn)速區(qū)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制展開研究，主要工作如下：
　　首先，介紹了風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況，總結(jié)了風電行

2、業(yè)的發(fā)展趨勢，對比了雙饋異步型和永磁同步型風電機組的優(yōu)缺點。闡述了開關(guān)磁阻發(fā)電機、永磁高壓發(fā)電機和磁齒輪復(fù)合發(fā)電機等新型風電機組的運行特性及其研究現(xiàn)狀。對利用WinDrive液力變矩器、ChapDrive液壓傳動系統(tǒng)、差動齒輪箱和電磁耦合器等不同調(diào)速裝置的同步風力發(fā)電系統(tǒng)的國內(nèi)外研究近況作了具體說明。
　　其次，具體介紹了電磁耦合調(diào)速型同步風電機組前后軸系的結(jié)構(gòu)組成。詳細說明了電磁耦合器的工作特性及運行原理，并據(jù)此建立電磁耦合器在

3、dq和mt坐標系下的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合電磁耦合器的工作原理歸納了風力機在最大風能跟蹤區(qū)、恒轉(zhuǎn)速區(qū)和恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)矩特性。
　　然后，歸納了葉尖速比法、功率信號反饋法、爬山搜索算法和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩算法等最大風能跟蹤控制方法的原理特性，并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點。忽略傳動軸系的機械損耗，在最大風能跟蹤區(qū)和恒轉(zhuǎn)速區(qū)分別采用最優(yōu)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制方法建立電磁耦合器調(diào)速型同步風電機組的風能跟蹤控制的仿真模型。在以上兩種運行區(qū)域及其過渡區(qū)的階躍和隨機兩種風況

4、下的仿真結(jié)果表明，基于PI調(diào)節(jié)器的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩風能跟蹤控制方法可對風力機在不同運行區(qū)域的轉(zhuǎn)速進行有效的調(diào)節(jié)，達到了風能跟蹤的目的。但該控制算法不能使風力機準確地以最優(yōu)葉尖速比的運行方式工作，降低了機組的風能利用效率。
　　最后，為提高風能利用效率，實現(xiàn)風能的快速跟蹤，提出了將反推滑?？刂婆c最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的風能跟蹤方法。依據(jù)反推和滑模變結(jié)構(gòu)控制原理，分別設(shè)計了應(yīng)用于恒轉(zhuǎn)速區(qū)和最大風能跟蹤區(qū)的轉(zhuǎn)速反推控制器和轉(zhuǎn)矩反推滑?？刂破?，對電磁