大型海上高温超导风电机组的MPPT及载荷优化控制研究

【摘要】：随着世界工业化进程的加快和陆上风力发电机技术的成熟,西方国家已经对超大型海上风电机组有较深入的研究,而我国对于海上风力发电技术的研究才刚刚开始。为了降低海上发电成本和关键部件的载荷,对风力发电机组的控制器性能提出了更高的要求。正确建立超大型漂浮式海上高温超导风电机组的模型,设计性能良好的最大功率跟踪(MPPT)、独立变桨及漂浮式平台控制器是一项重要的内容。对于提高我国超大型海上风电技术的研究,达到国际先进水平,具有深远的意义。论文完成的主要研究工作有:(1)超导发电机借鉴现有的双馈感应发电机和永磁同步发电机的建模方法,结合高温超导体的超导特性建立高温超导发电机的数学模型。超导发电机系统是一个高度非线性、强耦合的系统,其超导材料易失超。因此,在正常运行情况下提供低电压大电流。(2)最大功率跟踪(MPPT)算法设计考虑到超大型风机尚未成熟的功率运行曲线或数据参考,拟根据系统非线性动力学方程,快速搜索并在线更新MPPT核心参数。最大功率的跟踪采用反演自适应控制器,完成快速、实用的最大功率跟踪优化控制器设计,提高风能转化效率并增强算法适用性。(3)载荷优化为了在转矩控制和桨距控制系统中减少高频的影响,在转速信号中加入单极点指数平滑的低通滤波器,减少在高频处产生的较大载荷以及不必要的控制器动作。海上风况、波浪对漂浮式平台、塔架、机舱和叶根载荷影响较大。拟考虑在转矩控制信号中加入控制塔架侧向振动信号和控制传动链扭转振动信号,实现塔架和传动链的载荷优化。(4)独立变桨针对大型漂浮式海上风力发电机组运行过程中存在叶根处的有较大的载荷和平台摇动等问题,根据现有的漂浮式平台模型、独立变桨控制算法和策略,在输出功率稳定的情况下,通过在PID协同变桨的控制基础加上叶根处的载荷的控制信号和平台摇动角度的控制信号来实现风力发电机组的优化控制,独立变桨的控制信号通过坐标变换得到,用单神经元PI控制算法实现载荷优化和平台摇动控制。 【关键词】：海上风力发电 高温超导发电机(HTSG) 最大功率跟踪(MPPT) 载荷优化控制 漂浮式平台
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究的背景及意义11-14
• 1.1.1 课题研究的背景11-13
• 1.1.2 课题研究的意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.3 论文课题来源17
• 1.4 论文的研究内容17-18
• 1.5 论文创新点和技术路线18-20
• 第二章 高温超导发电机的数学建模20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 高温超导体20-23
• 2.2.1 超导特性20-23
• 2.2.2 超导材料23
• 2.3 高温超导发电机的优点23-25
• 2.4 高温超导同步发电机的基本组成25-26
• 2.5 高温超导发电机的数学模型26-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 超大型海上风电系统的控制策略30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 海上风力发电机系统30-33
• 3.2.1 空气动力学31-32
• 3.2.2 传动链32-33
• 3.3 风力发电机组的运行模式33-34
• 3.4 控制策略34-37
• 3.4.1 控制目标34
• 3.4.2 最大功率跟踪34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 最大功率跟踪的控制器设计38-53
• 4.1 引言38-39
• 4.2 基本原理39
• 4.3 控制器设计39-45
• 4.4 滤波器设计45-46
• 4.5 阻尼控制器设计46-48
• 4.5.1 塔架侧向振动控制46-47
• 4.5.2 传动链振动控制47-48
• 4.6 仿真研究48-52
• 4.6.1 最大功率跟踪48-51
• 4.6.2 阻尼控制51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 超大型漂浮式风机的独立变桨控制53-67
• 5.1 引言53-54
• 5.2 漂浮式平台54-57
• 5.3 独立变桨控制策略的设计和实现57-59
• 5.3.1 控制目标57
• 5.3.2 独立变桨控制模型57-58
• 5.3.3 设计神经自适应PID控制器58-59
• 5.4 仿真结果分析59-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-70
• 6.1 本论文研究总结67
• 6.2 存在的问题67-68
• 6.3 进一步研究的方向68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 附录A: 参数76-80
• 超导发电机76
• 5MW风机参数76
• Tursim参数配置76-77
• Fast参数配置77-78
• 海况及漂浮式平台78-79
• 阵风参数配置79
• 滤波器参数79-80
• 作者在攻读硕士学位期间研究成果80-81
• A.发表的学术论文及软件著作权80
• B.参加的科研项目80-81

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