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双馈风力发电机组功率平滑控制策略研究

汇报人：

2024-01-14

目录

contents

引言

双馈风力发电机组基本原理与模型

功率平滑控制策略设计

实验平台搭建与实验结果分析

功率平滑控制策略性能评估

结论与展望

引言

01

能源危机与环境污染

随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发与利用已成为全球关注的焦点。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的开发潜力。

风力发电技术发展

风力发电技术经历了从定速恒频到变速恒频的发展历程，双馈风力发电机组作为变速恒频风力发电的主流技术之一，具有高效率、高可靠性等优点，在风力发电领域得到了广泛应用。

功率平滑控制的重要性

双馈风力发电机组的输出功率受到风速波动的影响，导致电网电压和频率的波动，对电网的稳定运行造成威胁。因此，研究双馈风力发电机组的功率平滑控制策略对于提高风电并网性能、保障电网稳定运行具有重要意义。

国内外研究现状

目前，国内外学者在双馈风力发电机组的功率平滑控制方面已开展了大量研究工作，提出了多种控制策略，如基于PI控制器的功率平滑控制、基于模糊控制的功率平滑控制等。这些控制策略在一定程度上实现了功率平滑控制的目标，但仍存在一些问题，如控制精度不高、动态响应慢等。

发展趋势

随着控制理论和计算机技术的不断发展，未来双馈风力发电机组的功率平滑控制将朝着以下几个方向发展：一是采用先进的控制算法，如模型预测控制、滑模变结构控制等，提高控制精度和动态响应速度；二是引入智能控制技术，如神经网络控制、深度学习控制等，实现自适应、自学习的功率平滑控制；三是结合多源信息融合技术，利用风速、风向、机组状态等多源信息，提高功率平滑控制的准确性和鲁棒性。

双馈风力发电机组建模与控制：建立双馈风力发电机组的数学模型，分析机组的工作原理和控制策略，为后续功率平滑控制策略的研究提供理论基础。

功率平滑控制策略研究：针对双馈风力发电机组的输出功率波动问题，研究基于先进控制算法和智能控制技术的功率平滑控制策略，实现输出功率的平稳控制。

仿真与实验研究：在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建双馈风力发电机组的仿真模型，对所提出的功率平滑控制策略进行仿真验证。同时，搭建实验平台，对所提出的控制策略进行实验验证，进一步验证其有效性和可行性。

结果分析与讨论：对仿真和实验结果进行深入分析和讨论，评估所提出的功率平滑控制策略的性能和优缺点，为后续研究提供改进方向和建议。

双馈风力发电机组基本原理与模型

02

风轮

传动系统

双馈异步发电机

变频器

01

02

03

04

捕获风能，将其转换为机械能。

将风轮的低速旋转转换为发电机所需的高速旋转。

实现机械能到电能的转换，同时可通过变频器对发电机进行双向馈电控制。

实现发电机定子侧与电网之间的功率交换，控制发电机的运行状态。

双馈风力发电机组采用变速恒频技术，通过变频器对双馈异步发电机的励磁电流进行调节，实现发电机输出电压和频率的恒定。同时，变频器还可实现有功和无功功率的独立控制，提高风电机组的运行效率和稳定性。

工作原理

双馈风力发电机组具有较宽的转速范围，可适应不同风速下的最大功率跟踪。在额定风速以上，通过变桨距控制限制风电机组的功率输出，保证机组的安全运行。此外，双馈风力发电机组还具有较高的风能利用率和良好的电网适应性。

运行特性

功率平滑控制策略设计

03

基于PI控制器的传统方法

通过比例-积分（PI）控制器实现功率控制，但存在稳态误差和动态响应慢的问题。

03

考虑系统约束条件

在控制器设计时，充分考虑系统约束条件（如发电机转速、变流器容量等），确保控制策略在实际应用中的可行性。

01

引入功率平滑指标

定义功率平滑指标，将功率波动作为优化目标，为控制器设计提供依据。

02

设计功率平滑控制器

采用先进控制算法（如模型预测控制、滑模控制等）设计功率平滑控制器，实现对功率波动的快速、准确抑制。

实验平台搭建与实验结果分析

04

双馈风力发电机

变频器

控制系统

数据采集与监控系统

采用双馈异步发电机，具有灵活的有功和无功功率调节能力。

基于先进的控制算法，实现风电机组的最大功率点跟踪和功率平滑控制。

采用高性能变频器，实现发电机转速的精确控制和功率的平滑输出。

实时监测和记录风电机组的运行状态和功率输出数据。

通过风速模拟器模拟不同风速条件下的风况，以测试风电机组的适应性。

风速模拟

控制策略实施

数据采集

对比分析

将所提出的功率平滑控制策略应用于实验平台，通过变频器调节发电机转速，实现功率的平滑输出。

通过数据采集系统实时记录风电机组的运行状态和功率输出数据。

将实验数据与理论预测结果进行对比分析，验证控制策略的有效性。

展示实验过程中风电机组的功率输出曲线，观察功率波动情况。

功率输出曲线

对实验数据进行统计分