基于短期风速预测的最大风能捕获技术研究

【摘要】：提高风力发电机组运行效率和实时捕获最大风能技术已经成为风力发电研究的重要内容。变速恒频风力发电技术可实现最大风能捕获。随着风力发电机组容量的不断增大，风力机响应时延和控制系统时延严重影响了风力发电机组捕获最大风能的实时性。 本文首先分析了变速恒频风力发电的优点以及双馈感应电机运行时的工作原理。在讨论双馈感应电机数学模型和等效电路的基础上，构建了基于定子磁链定向的定子无功功率独立解耦控制和转子侧最大风能捕获的转速控制策略。针对双馈电机转子能量流动的特殊性，研究设计了具有能量双向流动功能的双PWM变换器。 然后以风速为研究对象，分析风速的变化规律，采用小波变换对风速数据进行分频处理，运用最小二乘支持向量机LS-SVM模型对小波分解后的低频成份进行预测；运用时间序列差分自回归移动平均ARMA模型对小波分解后的高频成份进行预测，采用小波重构高频和低频的预测结果，从而实现对随机风速的短期预测。 最后，从分析风力机特性出发，重点介绍了风力机的运行特性，确定了采用双馈感应电机的解耦控制来实现最大风能追踪的控制方案，并给出了基于最大风能捕获的定子参考功率的计算方法。从理论上计算了一定风速下风力机捕获的最大风能数值。在仿真研究中，建立了风力机的仿真模型，并在此基础上构建了变速恒频双馈风力发电系统的整体仿真模型，实现了不同风速下最大风能捕获控制的仿真。仿真分析了风力机响应时延和控制系统时延对风力发电机组最大风能捕获的影响。讨论了随机风速下基于预测的最大风能捕获控制系统捕获风能的有效性。仿真结果验证了本文理论研究的正确性。 【关键词】：变速恒频 短期风速预测 解耦控制 最大风能捕获 仿真
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 世界风能产业发展的现状与趋势9-11
• 1.1.1 国外风能产业发展的现状与趋势9-11
• 1.1.2 我国风能产业发展的现状与趋势11
• 1.2 课题提出的背景及研究意义11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-14
• 第二章 变速恒频风力发电机组14-30
• 2.1 变速恒频双馈风力发电技术14-15
• 2.2 风力机模型及风能捕获技术15-19
• 2.2.1 风力机模型15-16
• 2.2.2 风力机最大风能捕获原理分析16-17
• 2.2.3 最大风能捕获相关技术简介17-19
• 2.3 双馈电机数学模型及其控制策略19-23
• 2.3.1 双馈电机数学模型20-21
• 2.3.2 转子侧变换器21-22
• 2.3.3 网侧变换器22-23
• 2.4 变速恒频风力发电机组控制系统仿真23-29
• 2.4.1 主要的仿真模块24-26
• 2.4.2 最大风能捕获计算分析26
• 2.4.3 仿真波形分析26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 短期风速预测方法研究30-41
• 3.1 风速的概念和特点30
• 3.2 风速预测方法30-32
• 3.2.1 短期风速预测方法30-32
• 3.2.2 预测评价指标32
• 3.3 时间序列分析法32-34
• 3.3.1 ARMA 模型33
• 3.3.2 实例仿真分析33-34
• 3.4 最小二乘支持向量机34-36
• 3.4.1 LS-SVM 模型35-36
• 3.4.2 实例仿真分析36
• 3.5 基于小波分解的混合预测模型36-40
• 3.5.1 小波分解与重构原理36-37
• 3.5.2 混合模型仿真分析37-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 系统仿真实验与分析41-49
• 4.1 风力发电系统模型的建立41-42
• 4.2 风电系统参数设置42
• 4.3 仿真结果分析42-48
• 4.3.1 考虑时延的系统仿真及分析42-43
• 4.3.2 仿真延时时间分析43-45
• 4.3.3 基于预测的系统仿真及分析45-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 结论与展望49-51
• 参考文献51-54
• 发表论文和科研情况54-55
• 致谢55-56

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