文档介绍：学校代码 10530 学号 201011011536
分类号 TN614 密级
硕士学位论文
基于 TSMC 直驱永磁同步发电机的
有功功率平滑控制策略研究
学位申请人崔贵平
指导教师邓文浪教授
学院名称信息工程学院
学科专业电力电子与电力传动
研究方向电力电子装置与系统
二○一三年六月一日
Active Power Smoothing Control Strategy
research of Direct-driven Permanent
Synchronous Wind-power Generator
based on TSMC
Candidate Cui Guiping
Supervisor Prof. Deng Wenlang
College College of Information Engineering
Program Power Electronics and Power Drive
Specialization Power Electronics Device and System
University Xiangtan University
Date June 1st, 2013
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作者签名: 日期: 年月日
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
摘要
风力发电是解决世界能源危机的一个有效途径,而风电并网是推动风电产业
快速发展的动力。但是由于风能的随机波动性和风力发电机自身的特性使得风力
发电机输出的有功功率随风速的变化而波动,影响风力发电机输送到电网的电能
质量。随着风电规模的迅速扩大,有必要采取一些措施来抑制发电机输出功率的
波动。本文针对现有的有功功率平滑控制策略所存在的风电系统稳定性、功率平
滑性和风能利用率之间的矛盾,以双级矩阵变换器(Two-stage matrix converter,
简称 TSMC)为功率变换器的永磁同步发电机为研究对象,提出了两种平滑有功
功率随机波动的控制策略。
本文首先对 TSMC 的双空间矢量调制策略作了简单的分析,在建立 TSMC
逆变级并网数学模型的基础上,介绍了 TSMC 的集成控制策略。其次对风电机
组的稳定性进行了分析,针对现有有功功率平滑控制策略中存在的功率平滑性和
系统稳定性之间的矛盾,提出一种利用模糊控制器对 TSMC 逆变级参考有功功
率自修正的有功功率平滑控制策略。该方法兼顾了输出有功功率的平滑性和风电
机组的稳定性,能够保证风电机组在风速下降较快的情况下稳定运行。
针对上述方法在风能利用率方面所存在的不足,提出了一种基于模糊指数移
动平均(Exponential moving average,简称 EMA)算法的有功功率平滑控制策略。
该控制策略中的平滑功率参考值的给定是在传统 EMA 算法基础上的改进。在传
统的 EMA 算法中,周期数是一个常数,而基于模糊 EMA 算法的平滑控制策略
是将周期数作为模糊控制器的输出量,因此能够根据风速的变化情况,实时地对
周期数进行相应的调整。该平滑控制策略兼顾了风能利用率、风电系统的稳定性
和有功功率的平滑性能,从而在风速平稳段提高了风能的利用率,在风速迅速下
降的时刻能够确保风电系统安全稳定运行,在风速波动的时间段输出平滑的有功
功率。
最后在 MATLAB/simulink 仿真平台上搭建了 TSMC 风电系统模型,对上述
两种控制策略分别进行了仿真研究,通过仿真结果可以看出,两种方法都兼顾了
风电系统的稳定性和功率的平滑性能,但采用模糊 EMA 平滑控制策略的风能利
用率要更高一些。
关键词:TSMC;直驱式风力发电系统;永磁同步发电机;有功功率平