风力发电机电动变桨距控制系统的优化研究

论文摘要

随着风电机组容量的不断增大,叶片越长,其实际风速与参考风速的误差也越大,叶片载荷也随之增大,这些问题严重影响风电机组的使用寿命。因此研发安全可靠和高效率的大型风电机组具有重要的现实意义。本文以MW级风电机组为依托,对大型风电机组电动变桨距控制技术进行了较深入的研究。本文首先简要分析了风电机组电动变桨距控制系统的机械传动部分和电气伺服部分,并对其进行了载荷分析和计算。接着从风力机桨叶的空气动力学基本理论入手,分析出变桨距控制原理,针对大型风电机组有效风速在风轮平面内分布不均匀问题进行了理论分析和研究;基于目前的变桨距控制方法,提出优化的独立变桨距控制方法解决这一问题,其方法是:在风速超过额定风速时,先根据风速统一调节桨距角到预定值;再把统一变桨后的输出功率偏差、偏差变化率作为输入量,基于模糊控制算法获得新的统一桨距角;最后基于方位角权系数分配给每个桨距角,再次异步微调桨距角,实现风力机各桨叶的优化控制。本文在MATLAB/Simulink中建立了风电机组各部分的数学模型,并基于该方法建立了独立变桨距风电机组数学模型。由仿真结果可知,本文提出的方法有效的优化了风电机组在额定风速以上的恒功率控制,其与统一变桨距控制相比较,其抗干扰能力强,控制精度更高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题的背景和意义
• §1-2 主流风电机组现状
• §1-3 风电技术现状及发展趋势
• §1-4 本文研究的主要内容及结构安排
• 第二章 电动变桨距执行机构
• §2-1 机械传动部分
• §2-2 电气伺服部分
• 2-2-1 电流解耦控制
• 2-2-2 三相永磁同步电机伺服变桨距控制原理
• 2-2-3 模糊PID 控制的伺服控制系统的设计
• 2-2-4 基于模糊PID 控制的伺服系统的仿真
• §2-3 电动变桨距执行机构的载荷分析与计算
• 2-3-1 电动变桨距执行机构的载荷分析
• 2-3-2 电动变桨距执行机构的载荷计算
• §2-4 本章小结
• 第三章 风电机组变桨距理论分析与研究
• §3-1 风力机功率与风能利用系数
• §3-2 风电机组变桨距调节原理分析
• §3-3 风电机组变桨距控制技术的提出
• §3-4 风电机组变桨距控制方式
• §3-5 本章小结
• 第四章 变桨距风电机组的建模与仿真分析
• §4-1 风电机组模型
• 4-1-1 风轮模型
• 4-1-2 机械传动系统模型
• 4-1-3 异步发电机模型
• §4-2 变桨距模糊控制器的设计
• §4-3 基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨
• §4-4 变桨距模糊控制的Matlab 仿真分析
• §4-5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• §5-1 本文总结
• §5-2 工作展望
• 参考文献
• 附录 A
• A.1 风力机叶片技术参数表
• A.2 翼型截面几何参数表
• A.3 桨叶段质量分布表
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果