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兆瓦级风力机的智能控制算法研究

作　者: 陈兆圣
导　师: 康戈文
学　校: 电子科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 风力发电 智能变桨距 偏航系统 GH-Bladed
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


风力发电技术是当今开发新型能源相对成熟的技术，深入研究风力发电技术显得越来越重要。常规化石能源如煤炭、石油、天然气，随着人类生活水平的提高和工业的发展，这些化石能源变得越来越紧缺和日益枯竭。由于全球工业通过对大量化石能源的消耗，导致大量的废气、废渣、废水正在源源不断的排放，严重破坏了自然环境。风力发电机组的可靠性，风力发电机组的安全性，正随着风机设备的大型化不断的提升。由于国内对大型兆瓦级风力发电技术的研究少，国内风电运营商只能通过引进大型风机解决当前的需求。因此，深入研究大型风机的控制系统，具有重要意义。本文以东汽集团引进的FD77兆瓦级风力机组的变速变桨距系统为研究对象，对其风力机的构成和控制方法进行深入学习和研究。建立了基于模糊控制理论的变桨距控制器：智能变桨距控制器、模糊前馈偿控制器，以及控制发电机扭矩的叶尖速比控制器。风力机运行在低风速段时，通过本文设计的叶尖速比控制器对风力机控制进行最大功率输出。风力机运行在高风速段时，通过本文的智能变桨距控制器和模糊前馈补偿控制器配合本文的转矩控制器对风力机进行稳定的恒功率输出。并通过权威的风机仿真软件GH-Bladed，针对于典型风况和极限风况进行仿真，通过对仿真结果的分析和总结，以及对GH-Bladed软件中内置的PID控制仿真实验数据进行对比，控制效果能充分满足运营商制定的性能指标的要求。风力发电机组关键部件上的载荷的大小，对风机的使用寿命和安全性有必然的联系。因此，风机设计者必须对风力机关键部件的载荷进行分析。本文通过GH-Bladed的软件对风机运行时，风机关键部件叶片的1.7j负荷的载荷进行验证，满足风机运行时叶片的载荷极限。为了确保整个风力发电机组的安全可靠，对风机偏航系统控制研究是整个风机控制设计过程中不可缺少的环节。因此本文设计了一个基于模糊理论与常规PID相结合的复合控制器，并通过MTLAB7.0仿真平台，对一阶阶跃信号进行仿真验证，结果表明本文的复合控制器能够很好的提升风机偏航系统的动态性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 前言  10-11
  1.2 风电发展的现状  11-16
    1.2.1 国外风力发电情况  11-13
    1.2.2 国内风力发电情况  13-14
    1.2.3 兆瓦级变桨距控制方式  14-16
  1.3 课题目标和创新点  16-17
  1.4 课题研究内容和意义  17-19
第二章 风力机控制理论概述  19-31
  2.1 风力机的基本理论  19-25
    2.1.1 风力机能量转换过程  19-21
    2.1.2 风轮的空气动力学  21-24
    2.1.3 风力机特性  24-25
  2.2 GH-BLADED 软件介绍  25-28
    2.2.1 GH-Bladed 软件功能  25-26
    2.2.2 GH-Bladed 主要风机结构模型  26-28
  2.3 FD77 风机主要结构  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第三章 变桨距系统设计  31-50
  3.1 风力机变桨控制系统设计  31-32
  3.2 控制方案设计  32-34
  3.3 智能变桨距控制器的设计  34-43
    3.3.1 输入量的模糊化  35-40
    3.3.2 制定合理的模糊规则  40-41
    3.3.3 进行模糊推理的过程  41-43
    3.3.4 输出量的清晰化  43
  3.4 发电机转矩控制器的设计  43-46
  3.5 模糊前馈补偿控制器  46-47
  3.6 叶尖速比控制器  47-48
  3.7 本章小结  48-50
第四章 风力机仿真结果分析  50-72
  4.1 风机关键部件的载荷分析  50-58
    4.1.1 建立风机关键部件的坐标系  50-52
    4.1.2 计算载荷工况  52-58
  4.2 典型风况下仿真结果分析  58-69
    4.2.1 平均风速为 13m/s 的风况仿真结果  59-64
    4.2.2 平均风速为 18m/s 的风况仿真结果  64-69
  4.3 极端风况仿真分析  69-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章 基于模糊理论偏航系统的研究  72-77
  5.1 风机偏航系统的类型  72-73
  5.2 偏航系统 PID-模糊复合控制器的设计  73-74
  5.3 仿真结果分析  74-76
  5.4 本章小结  76-77
第六章 结论和展望  77-79
  6.1 结论  77-78
  6.2 工作展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
攻硕期间取得的研究成果  83-84

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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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