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永磁直驱风电系统中整流器的环流分析与控制

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  • 日期:2024-08-18
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文在风电系统数学建模的过程中做了很多假设和近似,简化了数学模型推导的难度,这与在高不确定条件下的实际操作不同,其数学模型中的参数可能会随着时间的推移而改变。

 第一章  绪论

1.1选题的背景

能源不仅改善了人类的生活质量,也衡量了人类社会发展的阶段[1]。多年以来,人类基本都是依赖于化石能源,但化石能源的使用,对我们生存的环境产生了很多不利的影响,典型的就是引起了温室效应[2]。此外,各国已经因为能源的重要性而在利益上产生了冲突,这种冲突已经涉及到了政治问题,所以世界各国都在努力寻找除化石能源以外的其它能源[3]。考虑到新能源具有环保并且存储量大的优点,所以新能源就成了世界各国重点考虑的能源形式,各国将新能源的研发和利用视为一项重要的任务。新能源中的风能不仅环保经济,而且地域广阔可再生[4-6],所以风力发电成为最具有发展前景的新能源发电之一[7]。

1.1.1 国内外风电行业的发展现状

近年来,一些发达国家在全球爆发经济危机后对新能源发电进行了调整,他们将风力发电的占比进行了一定程度的提高[8]。根据世界风力发电委员会公布的2022年世界风力发电产业发展报告,截止到2021年,世界风力发电总装机量达到837 GW,较上年同期增加12.3%。由于全球碳中和的理念以及风力发电技术的日趋完善[9-12],世界风力发电的总装机规模不断增加,从2017年的540 GW增至2021年的837 GW,年均增长率达到11.6%。

根据调查显示,海上风力资源的储备是非常丰富的[16-17],而我国大陆风力发电的分布范围大多集中在西北,因此给华东沿海的电力供应带来了一定的困难。而欧洲地区的海上风电技术非常成熟,其优越性也是非常显著[18],这给我国解决东部用电难的问题提供了解决策略,于是我国开始依靠京津冀和长三角两大城市群来大规模地开发海上风能资源,随着我国海的水深以及面积的增加,海上风电技术的开发潜力也越来越大。

第三章 并联整流器环流的机理分析与数学建模

3.2 并联整流器环流的机理分析

3.2.1环流的定义

首先,由两个实际的电源并联成一个等效的电路,见图3.1所示。

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单台整流器运行时,系统中没有环流通道,因此不会产生环流,当两台整流器并联运行时,环流问题就不可忽视,本节以两台整流器并联来分析环流的成因。

两台整流器并联的拓扑结构如图3.3所示,在直流端,通过共直流母线连接方式连接到公用母线上,在常规情况下,整流器的参数和控制方式都是一样的。

第五章 结合新型电压环的整流器线性自抗扰环流控制策略

5.1引言

本文在第四章中介绍了一种新型的前馈+反馈环流控制策略,以解决永磁直驱风力发电系统中存在的环流问题,已取得较好的效果。但该环流控制策略中采用的是传统双闭环结构,而传统双闭环结构在面临非线性、强耦合、多变量的并联整流器系统时,会使系统产生一定程度的震荡,尤其是电压外环结构,由于其动态响应要比电流内环长很多,所以在很大程度上是传统电压外环结构导致系统产生的震荡,最主要的是电压外环还直接决定了直流母线的电压。从环流的数学模型中可以发现,直流母线电压也影响着环流的大小,为了改善该问题,本章将基于蚁群算法和单神经元电压环,设计一种新型的电压环结构,电流内环仍采用传统的控制结构,以此形成一种新型的双闭环结构。

从环流的数学模型中还可以发现,其存在扰动量46d,第四章中通过设计前馈的方法对其进行了消除,本章将选择另一种方法对其进行消除,即选择基于线性自抗扰的环流控制策略,该控制策略利用了线性自抗扰控制良好的抗扰性。

本章研究的重点是新型电压环结构,主要研究其配合线性自抗扰环流控制策略时对环流的抑制效果,通过仿真对比分析,可知:在环流抑制方面,该新型电压环结构配合线性自抗扰环流控制策略所达到的效果要比传统电压环结构配合线性自抗扰环流控制策略好很多。

5.2基于线性自抗扰的环流控制策略

5.2.1 一阶线性自抗扰控制的基本原理

自抗扰控制(ADRC)技术的出现,可谓是控制领域的一次重大飞跃,但美中不足的是,早期研究出的ADRC是针对非线性系统的,于是这就导致实际系统的操作变得非常困难,为此,高志强教授及其团队提出了线性自抗扰控制(LADRC)技术,该技术使得控制参数在计算的过程中得到了简化,并且还能够保证控制系统的性能[82]。LADRC的主动抗干扰能力使其对所需的外力产生干扰,并主动对其进行抵消,并且可以不受限于被控对象的具体数学模型。由于第三章中得到的环流数学模型是一阶微分方程,因此这里对一阶的LADRC进行分析。

一阶LADRC的基本结构主要是由线性跟踪微分器(LTD)、线性扩张状态观测器(LESO)以及线性状态误差反馈控制律(LSEF)组成。其中LTD主要用于安排过渡过程,由于需要对给定的信号进行快速跟踪,所以这里不需要进行 LTD的连接。LSEF对干扰进行了综合评估,并对其进行了控制。其中未知扰动、参数的不确定性、耦合等因素都被LADRC控制器归为总扰动,并采用 LESO对其进行观测,采用 LSEF的方法将该集成的串行系统转换成所需的闭环系统,从而获得所需的闭环动力学性能。一阶 LADRC的基本控制架构见图5.1。

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第六章 总结与展望

6.2未来展望

本文在永磁直驱风电系统整流器的环流控制方面做了一些探索工作,但仍存在以下几个方面的问题,需要在今后的实践和工作中进行改进和完善:

(1)本文在风电系统数学建模的过程中做了很多假设和近似,简化了数学模型推导的难度,这与在高不确定条件下的实际操作不同,其数学模型中的参数可能会随着时间的推移而改变。所以,在以后的工作中,必须对数学建模的具体内容进行细化,使之尽可能符合现实。

(2)由于本文仅仅施加了一个电容器在直流环节中,因此该电路对直流电压的调整是非常困难的。在以后的工作中,可以将直流变换环节施加在直流端,从而使电源端的直流电压得到较好的转化,最终减轻电网端变换的负担。

(3)并联整流器的结构有很多,故环流的成因也有很多,但本文只基于共直流母线结构的并联整流器分析了环流的一种成因。在后续的工作中,可基于多种并联整流器结构,来分析环流的多种成因,使环流研究的面更广。 

(4)本文所设计的环流控制策略仅仅通过Matlab/Simulink仿真软件进行了验证,而在实际系统中的有效性值得进一步验证,在后续的工作中,可添加物理实验来进行验证。

参考文献(略)

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