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大型风力发电机组的独立变桨距控制技术研究

作　者: 马佳
导　师: 姚兴佳
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风电机组变桨距控制模糊控制动态加权控制
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现在,环境问题已经成为全球关注的热点,环境污染的日益严重,迫使人们不得不寻找其他类型的能源,我国大力发展可再生能源,各国学者竞相研究风力发电技术。由于风力发电的发展趋势是风机的大型化和发展海上风电,导致了风力发电的主流机型是独立变桨距风电机组,对应的研究难点和关键是独立变桨距控制技术,来减小桨叶承受的不平衡载荷和保持输出功率的稳定。本文在进行研究时,选用3MW双馈变速变桨距风电机组,对统一变桨距和独立变桨距进行设计,在MATLAB软件中建立机组的数学模型,通过仿真验证控制方案的合理性及其对控制效果的完善。首先,对涉及风电机组的空气动力学理论进行阐述,从而进行变桨距控制过程研究,建立机组各部分子系统数学模型;并且进行统一变桨距控制方案的设计,设计PID控制器,验证变桨距控制方案的可行性,从而实现了风电机组的变桨距控制。其次,为了减小叶片不平衡载荷造成的机组疲劳,进行了独立变桨距控制方案设计。根据桨叶方位角的权系数进行桨叶的独立控制,并且根据桨叶的倾斜角对其受力的影响,将桨距角根据倾斜角权系数进行校正,以调整叶片攻角,即改变桨叶受力;通过该方法与传统独立变桨距控制方法进行仿真对比,表明该独立变桨距方案的合理性,更适合于大型风力发电机组的桨距控制。再次,由于变桨距风电机组具有很强的非线性,采用传统的PID控制效果不是十分理想,所以提出风力发电系统三维模糊自适应PID功率控制方案,以提高功率控制的精度;考虑桨叶受力,提出一种基于目标的动态加权模糊控制方法,提高了叶片受力控制器配合功率控制器组成的变桨距控制系统的总体响应速度和性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题背景与意义  10
  1.2 风电发展现状  10-13
    1.2.1 我国风电发展  11-12
    1.2.2 国外风电发展  12-13
  1.3 变桨距控制技术发展  13-15
  1.4 课题研究的主要内容  15-16
第二章风力发电机组变桨距控制理论  16-25
  2.1 风力机空气动力学理论  16-21
    2.1.1 贝兹极限理论  16-19
    2.1.2 风力机桨叶受力分析  19-21
  2.2 风速特性分析  21-23
    2.2.1 风切变效应  21-22
    2.2.2 塔影效应  22-23
  2.3 变桨距系统控制的研究  23-25
第三章风力发电机组数学模型与PID 控制  25-35
  3.1 变桨距机组数学模型  25-29
    3.1.1 风资源模型  26-27
    3.1.2 风轮模型  27
    3.1.3 传动系统模型  27-29
    3.1.4 双馈发电机模型  29
    3.1.5 变桨执行机构模型  29
  3.2 PID 变桨距控制系统仿真  29-35
    3.2.1 PID 控制理论  29-31
    3.2.2 变桨距控制系统仿真  31-35
第四章独立变桨距控制  35-49
  4.1 变桨距执行机构的介绍  35-38
  4.2 独立变桨距控制系统设计  38-39
  4.3 基于桨叶方位角权系数分配模型  39-42
  4.4 基于倾斜角的权系数校正模型  42-44
  4.5 独立变桨距控制仿真  44-49
第五章动态加权模糊独立变桨距控制  49-68
  5.1 模糊控制的基本概念及原理  49-55
    5.1.1 模糊控制原理  50-51
    5.1.2 模糊控制器形式  51
    5.1.3 模糊化过程  51-53
    5.1.4 模糊判决  53-54
    5.1.5 选择量化因子和比例因子  54-55
  5.2 多目标动态加权控制原理  55-56
  5.3 控制器结构  56-66
    5.3.1 三维模糊PID 功率控制器设计  57-64
    5.3.2 受力控制器设计  64-65
    5.3.3 权重模糊控制器设计  65-66
  5.4 系统仿真分析  66-68
第六章结论  68-69
参考文献  69-72
附录 3MW 双馈风力发电机组参数  72-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

大型风力发电机组的独立变桨距控制技术研究

内容摘要

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