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基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术研究

作　者: 韩利坤
导　师: 林勇刚
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 风力发电能量液压传递变速恒频最大功率点跟踪
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 47次
引　用: 1次
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内容摘要

随着传统化石燃料的逐渐枯竭和环境的日益恶化,风能等清洁能源受到了世界各国越来越多的重视。风力发电机组从最初的定速定桨风力机发展为变速变桨风力机。为了最大限度的捕获风能功率并实现并网发电,变速恒频技术尤为重要。本论文对基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术展开研究。不同于传统的使用电力电子方式实现变速恒频的技术手段,基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术的核心思想为：当风速在额定值以下变化时,通过调节变量泵排量,产生相应的风轮反力矩,使风轮转速维持在最佳的叶尖速比,从而保证风轮最大能量捕获；而无论风轮转速如何变化,通过调节变量马达排量,实现发电机以恒定转速运转发电,从而保证风力发电机组的发电频率恒定。论文分六个章节对基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术展开研究,各章节内容分述如下：第一章介绍了课题研究的背景,阐述了国内外风电发展的历史、现状以及趋势,提出了课题的研究意义和研究内容。第二章对基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术展开基础理论研究。介绍贝兹理论、叶素理论等风力机基础理论,阐述“变速恒频”技术的出发点,设计基于能量液压传递的风力发电系统并从理论上证明其实现“变速恒频”的可行性。第三章对能量液压传递风力发电系统最大功率点跟踪方法展开研究,分别对直接转速控制法、最大功率—转速曲线跟踪法、最佳转矩—转速曲线跟踪法、爬山搜索法、基于风速估计的最佳转速法进行研究分析,比较各种方法的优缺点。第四章对基于能量液压传递的“变速恒频”风力发电系统进行建模与仿真研究。建立了风速、传动系统、电气部分的数学模型,对系统各组成部分仿真参数值进行了计算,并在Matlab/Simulink软件中对风速进行仿真,在AMESim软件中对能量液压传递系统进行仿真。仿真结果表明基于能量液压传递的“变速恒频”技术是可以实现的。第五章对基于能量液压传递的“变速恒频”风力机进行试验研究。设计并搭建了能量液压传递风力机“变速恒频”试验台,在此试验台上进行“变速恒频”试验。试验结果验证了基于能量液压传递的“变速恒频”技术的可行性。第六章对论文的研究工作和成果进行了归纳总结,并对课题后续的研究方向和工作内容进行了展望。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
目录  11-13
1 绪论  13-29
  1.1 课题研究背景  13-15
  1.2 国内外风电发展历史及现状  15-19
    1.2.1 世界风电发展历史及现状  15-17
    1.2.2 我国风电发展历史及现状  17-19
  1.3 风电技术的发展趋势  19-25
  1.4 课题的研究意义及研究内容  25-29
    1.4.1 研究意义  25-27
    1.4.2 研究内容  27-29
2 基于能量液压传递的风力机"变速恒频"技术理论研究  29-47
  2.1 风力机的基础理论  29-35
    2.1.1 风能的计算  29
    2.1.2 贝兹理论  29-31
    2.1.3 风力机的特性系数  31-33
    2.1.4 叶素理论  33-35
  2.2 变速恒频技术介绍  35-38
  2.3 基于能量液压传递的系统设计  38-41
  2.4 系统变速恒频原理  41-44
  2.5 双泵双马达变速恒频系统  44-47
3 能量液压传递风力发电系统最大功率点跟踪方法研究  47-58
  3.1 直接转速控制法  47-48
  3.2 最大功率—转速曲线跟踪法  48-51
  3.3 最佳转矩—转速曲线跟踪法  51-53
  3.4 爬山搜索法  53-56
  3.5 基于风速估计的最佳转速法  56-58
4 基于能量液压传递的"变速恒频"风力发电系统建模与仿真  58-89
  4.1 风速模型  58-61
  4.2 传动系统模型  61-64
  4.3 永磁同步发电机电气部分数学模型  64-65
  4.4 系统各组成部分仿真参数值计算  65-76
  4.5 风速仿真  76-78
  4.6 能量液压传递系统仿真  78-89
    4.6.1 输入为阶跃风速的系统仿真  79-84
    4.6.2 输入为复杂风速的系统仿真  84-89
5 基于能量液压传递的"变速恒频"风力机试验研究  89-101
  5.1 能量液压传递风力机"变速恒频"试验台介绍  89-97
  5.2 能量液压传递风力机"变速恒频"试验  97-101
6 总结与展望  101-103
  6.1 论文总结  101
  6.2 工作展望  101-103
参考文献  103-109
攻读硕士学位期间的主要科研成果  109

基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术研究

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