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兆瓦级风力发电机模糊控制器设计

作　者: 井明波
导　师: 高文元
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 风力机 模糊控制 偏航系统 变桨距
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 236次
引　用: 3次
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内容摘要


能源问题是关系国民经济发展的重要问题,是当今人类生存和发展所需要解决的紧迫问题。常规能源资源有限,且造成一系列严重的大气环境问题,威胁着人类的生存和发展。因此开发利用新能源已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。风力发电是目前最具发展潜力的新能源之一,由于其清洁无污染,技术成熟,单机容量大,建设周期短,具有较好的经济效益和社会效益,受到世界各国的高度重视。随着计算机与自动控制技术的飞速发展,风力发电技术的发展极为迅速,其单机容量从最初的数十千瓦发展到现在的兆瓦级风力发电机,控制方式从基本的定桨距失速型控制发展到了变桨距控制,直到最新的变速控制。为了获得最大风能利用率以及确保高风速下系统的正常运行,偏航控制和变桨距控制作为关键技术引起了专家学者的广泛关注。本文主要研究变速恒频风电机组的控制方法,针对偏航控制、变桨距控制的实现问题,设计风力发电机控制器。针对风电偏航控制系统中存在扰动和不确定性因素的问题,设计扰动观测器对其进行补偿,抑制扰动和不确定因素给系统带来的不利影响。为了使系统获得较好的跟踪效果,采用双模分段控制,在大偏差的情况下,跟踪控制器采用比例控制;小偏差情况下,采用模糊PD控制,使得系统具有较好的跟踪响应速度以及动态性能指标。采用扰动观测器和模糊分段控制相结合的设计方案,在存在扰动的情况下,偏航系统依然具有较好的跟踪特性。由于实际过程中风速的变化对风能利用率产生不同的影响,以及系统模型的难以建立,本文分别设计高低风速的模糊控制器,高风速时控制风力机节距角,使得功率输出恒定;低风速时,通过对风力机定子电压的控制,控制其转速,保持最佳叶尖速比,使得功率输出始终保证在最大输出,提高风能利用率。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 研究目的与意义  9-11
  1.2 国内外风力发电现状综述  11-15
    1.2.1 国外现状  12-14
    1.2.2 国内现状  14-15
  1.3 大型风力发电机组控制技术  15-16
    1.3.1 定桨距失速控制与变桨距控制  15-16
    1.3.2 恒速恒频技术与变速恒频技术  16
    1.3.3 常规PID控制与智能控制  16
  1.4 本论文的提出及主要研究内容  16-18
第2章 风力机模型的建立  18-24
  2.1 风力机的基本结构和特性系数  18-20
    2.1.1 风力机空气动力学  18-19
    2.1.2 风能利用系数C_P  19-20
  2.2 风力机数学模型  20-24
    2.2.1 风速的数学模型  20-21
    2.2.2 风力机机械机构的数学模型  21-24
第3章 风力机偏航系统的模糊控制  24-40
  3.1 模糊控制理论  24-30
    3.1.1 模糊集的基本概念  25-26
    3.1.2 模糊控制基本原理  26
    3.1.3 模糊控制器的设计原理  26-28
    3.1.4 模糊推理及解模糊化的方法  28-30
  3.2 基于扰动观测器的模糊PD偏航控制  30-38
    3.2.1 扰动观测器构造方法  31-32
    3.2.2 双模分段控制设计  32-36
    3.2.3 系统仿真分析  36-38
  3.3 本章小结  38-40
第4章 风力发电机变桨距控制  40-66
  4.1 变桨距控制概述  40-46
    4.1.1 风力发电机组的控制目标  40-42
    4.1.2 变桨距风力发电机组特点  42-43
    4.1.3 风力发电机组功率控制方式  43-45
    4.1.4 变桨距控制策略  45-46
  4.2 高风速模糊控制器设计  46-59
    4.2.1 模糊结构  46
    4.2.2 语言变量隶属函数的确定  46-47
    4.2.3 语言变量值的表示方法  47-48
    4.2.4 清晰量转化为模糊量  48-49
    4.2.5 高风速模糊控制规则确定  49-54
    4.2.6 模糊控制器的计算  54-56
    4.2.7 高风速变桨距仿真  56-59
  4.3 额定风速以下控制  59-64
    4.3.1 模糊控制器参数语言变量赋值表的建立  60-61
    4.3.2 控制规则设计  61-64
    4.3.3 低风速变桨距仿真  64
  4.4 本章小结  64-66
结论  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论） > 风力发电机
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