Matlab风电机组平滑功率控制的设计与实现

摘要由于风速的随机性与间歇性等特点，风力发电的功率是波动的。随着风电场规模的增大,这种波动对风电并网的影响也越来越显著。为了使风电机组平滑的输出功率，目前已经有很多种功率控制方法。变速变桨距风电机组通常采用变桨控制的限功率方法，这种方法在中低风速时需要频繁地变桨动作。本文分别实现了传统的变桨控制的限功率和改进的优化变桨动作的限功率控制，在 Matlab/Simulink 环境下建模仿真，并且对二者在相同条件下的限功率表现进行了比较。理论分析和仿真结果表明，优化变桨动作的限功率控制方法充分的考虑风力机的运行特性，有效的减少变桨动作的幅度与频率，优化了风力机的运行工况。同时，控制器的输入为风力机的输出功率和转子转速，而不是依赖可靠性不高的风速49148
毕业论文关键字功率波动限功率控制风力机转速控制桨距角控制
Title Design and implementation of smooth power control for wind turbine Abstract Due to the randomness and intermittent characteristics of wind speed, the wind power is fluctuating. With the increase of the scale of the wind farm, the influence of this kind of fluctuation on wind power grid is more and more obvious. In order to smooth the output power of the wind turbine, there are many kinds of power control strategies. The pitch angle control has been widely used in the wind power curtailment control for variable-speed variable-pitch wind turbine generators. This strategy requires frequent variable changing of pitch angle in middle and low wind speed. In this paper, the traditional power curtailment control of variable pitch control is achieved, and also the improved power curtailment control which optimizes pitch motion, Modeling and Simulation in Matlab/Simulink environment, and the two under the same conditions of the power control performance were compared.Theoretical analysis and simulation results show that，the wind power curtailment control of the combination of the active lifting speed and pitch angle control can effectively decrease the frequency and amplitude of the pitch actor, and also optimize the operation conditions. At the same time, The input of the controller is not the wind speed of low reliability, but the output power and rotor speed of the wind turbine. Keywords Power fluctuation wind power curtailment control turbine speed control pitch angle control

1.引言..1

1.1研究背景及意义.1

1.2风力发电功率控制技术研究现状2

1.3本文研究的主要内容..3

2.风力发电系统模型..5

2.1空气动力学模型.5

2.2传动链模型6

2.3本章小结.7

3.风力机限功率控制..8

3.1全风速OPC功率控制策略.8

3.2传统全风速限功率控制策略..9

3.3优化变桨动作的限功率控制策略.11

3.4本章小结..14

4.风力机限功率控制策略的实现与比较.15

4.1限功率控制系统仿真平台的搭建.15

4.2传统限功率控制系统的实现及仿真结果.17

4.3优化变桨动作的限功率控制的实现及仿真结果.22

4.4传统限功率与优化变桨动作的限功率控制比较.27

4.5本章小结..30

结论31

致谢32

参考文献..33

1. 引言 1.1 研究背景及意义当今人类面临着资源短缺以及环境污染两大挑战，现有的资源已经远不能满足人类日益增长的物质文化需求，人类正面临着能源危机带来的巨大挑战。风能的本质也是太阳能，因为气压的不同推动空气流动形成风。在利用风能的过程中不会像传统的化石能源一样对环境带来破坏，而且风能蕴含量巨大，全球的风能约为1300亿千瓦，但是实际可以开发利用的风能约为 13亿千瓦，其中风力发电是风能最重要的利用形式[1]。在众多的可再生能源中，风能以其技术成熟、价格低廉等特点正迅猛发展成为最重要的可再生能源之一。正逐步受到世界各国的重视。数据显示，在以往的十年里，美国和欧洲的风电装机容量以每年 20％以上的增长率在不断增加，风电在混合电力中的比例将在未来二十年之内超 20％。中国的风电产业在七八年的快速发展后，创造了两项“世界第一”。在发展的前期，我国每年的风电装机容量都以极快的速度增长着，到目前为止已经实现了风电装机容量的第一名，在这么短的时间里取得这么好的成绩令世界瞩目。还有一个第一名，却让人有些尴尬，那就是我国弃风限电的规模也是不容小觑，达到了第一的规模。根本原因即是风速的不可预测性、随机波动性使得风力机的输出功率产生波动。这种因风速原因导致功率波动的特点使得风电并网对电力系统带来极大的影响，风电并网对电网的主要影响有：电压影响、稳定性和发电计划与调度[2]。对电压的影响主要表现在：在一些偏远但风能资源丰富的地方，由于人口较少，负荷较低，电网的稳定性较弱，一旦风电并网，电网的潮流分布便随之而改变,对电网中部分的节点电压产生不容忽视的影响[3]。对稳定性的影响主要表现在：当风电场出现较大的风速突变或者风电场发生故障时，电网系统一般会出现稳定性问题，系统的电压及频率都会出现较大的波动。对发电计划的计划与调度的影响主要表现在:当风电并入电网后，风力发电输出功率的波动性给发电计划的制定带来了很大的影响。随着风电在电力系统中的占比越来越大，风力发电的功率波动对电网带来的影响也越来越明显，因此要适应大规模的风电并入电网的要求就必须要对并网的风电机组的有功输出进行良好的控制，风电机组的限功率控制策略可以使得风电机组按照给定的功率设定值平滑的输出功率，这对于解决风电并网产生的电能质量、稳定性等问题解决有积极的作用。如果风电并网的问题能够很好的得以解决，那么我国丰富的风能便可以利用起来，能够有效缓解火力发电带来的环境污染问题以及解决现如今十分严重的弃风限电问题。因此，本文对风电机组平滑功率控制策略的研究具有重要意义。 Matlab风电机组平滑功率控制的设计与实现:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_52065.html