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风力发电机组变桨距液压控制系统的研究

作 者: 郝壮
导 师: 宋锦春
学 校: 东北大学
专 业: 车辆工程
关键词: 风力发电 液压 变桨距 仿真 模糊PID
分类号: TM315
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 7次
引 用: 0次
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内容摘要


风能与石化和核电能源相比,具有开发成本较低,安全,清洁环境,可再生等优点;而且风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁、绿色能源。目前我国兆瓦级风力发电机组一般采用了“变速恒频”液压变桨距控制技术,其主要目的是提高变桨距系统的响应速度,让风机在低风速时捕获最大功率,在高风速时捕获额定功率,减小功率的波动。首先,本文综述了国内外风力发电的现状和发展趋势,提出了课题的目的和意义,简述了风力发电机组的组成和工作原理,对比了定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组的特点,以贝兹理论为基础对风力发电机组进行空气动力学的分析,推导出风力发电机组的理论风能利用系数,明确了风能利用系数与桨距角的关系,为确定变桨距控制系统的控制策略提供了理论依据。其次,本文对变桨距的驱动力矩、液压系统的负载力、流量和发热量进行了计算,设计了变桨距液压系统,考虑到风机内部的体积有限,我们对液压元件进行了合理的选型,优化了液压站中液压元件的布局,将液压系统的工作原理和风机在各种工况下的液压回路进行了详细的分析。利用pro/e三维制图软件绘制了风力发电机组的三维示意图和变桨距液压系统液压站的三维图。最后,由于变桨距液压系统中逆桨回路采用的是差动回路,与顺桨回路的数学模型有较大差别,所以采用传递函数法分别对逆桨和顺桨两个回路建立了数学模型,应用MATLAB-Simulink软件分析了变桨距液压系统的静态特性和动态特性。基于Automation Studio软件建立了液压系统的仿真模型和电控模型,分析了变桨距系统的整个逆桨和顺桨过程。在变桨距液压系统中加入PID控制器,再设计模糊自适应PID控制器,将两者的仿真曲线进行对比和分析。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 前言  11
  1.2 风力发电发展概况  11-14
    1.2.1 风力发电发展现状与前景  11-13
    1.2.2 风力发电技术发展态势  13-14
  1.3 风力发电机组结构简介  14-18
    1.3.1 风力发电机组的组成和原理  15-16
    1.3.2 定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组  16-18
  1.4 选题的目的和意义  18
  1.5 选题的主要研究内容  18-19
第2章 风力发电机组变桨距系统控制理论  19-25
  2.1 空气动力学分析  19-23
    2.1.1 风能的计算  19
    2.1.2 自由流中的风轮  19-22
    2.1.3 风力发电机的特性系数  22-23
  2.2 风力发电机组变桨距控制系统的分析  23-25
第3章 风力发电机组变桨距液压系统设计  25-39
  3.1 变桨距液压系统负载力计算  25-31
  3.2 变桨距液压系统设计  31-37
  3.3 液压系统主要静态参数估算  37-39
    3.3.1 工作时的主要原始参数  37
    3.3.2 液压系统各支路所需的压力和流量的计算  37
    3.3.3 主要液压元件的选择  37-39
第4章 变桨距液压系统的动态建模与仿真  39-61
  4.1 液压系统建模与仿真概述  39-40
  4.2 液压系统模型的建立  40-49
    4.2.1 系统开环增益K_c的确定  41
    4.2.2 比例放大器增益K_a的确定  41-42
    4.2.3 位移传感器增益K_m的确定  42
    4.2.4 比例阀的传递函数的确定  42-43
    4.2.5 顺桨过程的液压缸—负载传递函数  43-45
    4.2.6 逆桨过程的液压缸—负载传递函数  45-49
  4.3 液压系统性能分析  49-55
    4.3.1 液压系统控制指标的衡量  49-50
    4.3.2 稳定性分析  50-52
    4.3.3 系统的阶跃响应  52-55
  4.4 Automation Studio仿真软件的应用  55-61
    4.4.1 Automation Studio简介  55-56
    4.4.2 基于Automation Studio的建模与仿真  56-61
第5章 控制策略的研究  61-79
  5.1 PID控制概述  61
  5.2 PID控制器的设计  61-63
    5.2.1 PID控制原理  61-62
    5.2.2 PID参数整定  62-63
  5.3 对加入PID控制器的系统响应特性进行分析  63-66
    5.3.1 在Simulink中建立系统仿真框图  63-64
    5.3.2 PID参数整定及系统阶跃响应曲线绘制  64-66
  5.4 模糊自适应PID控制  66-79
    5.4.1 模糊控制的原理  66-67
    5.4.2 模糊控制器的结构  67-68
    5.4.3 模糊控制器的组成  68-71
    5.4.4 模糊自适应PID控制原理  71-72
    5.4.5 模糊自适应PID参数的整定原则  72-73
    5.4.6 模糊自适应PID控制器参数的设计  73-75
    5.4.7 模糊自适应PID仿真方框图及阶跃响应曲线  75-79
第6章 结论与展望  79-81
  6.1 结论  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-85
致谢  85

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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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