大型风电机组变桨距控制系统研究与设计

【摘要】：随着当今社会生产力的发展，人类对能源的需求也越来越大。常规能源如煤、石油、天然气等储量有限且难以再生，而风能作为一种环保的可再生的清洁能源愈来愈被重视。如今风力发电发展迅猛，同时发电机组的单机容量不断增大，风机变桨距系统的安全性、高效性问题愈发突出，这就使得对风力发电机组变桨距系统的研究越来越重要。本文主要以当今主流的双馈型风力发电机组作为研究对象。 首先，根据空气动力学的基本理论，风力发电机组的原理和结构及其能量转换过程，变桨距系统的原理和结构，确定了变桨距系统在风力发电机组中的重要作用。通过对桨距调节技术的研究，特别是独立变桨技术的研究，掌握了变桨距系统的控制流程。 其次，根据风力发电机组主控系统的控制方式，研究了在常规控制方式和改进的控制方式下，变桨距系统的动态性能，找出了变桨距系统存在的3大问题以及造成这些问题的原因。然后，通过对变桨距系统的常规控制策略、国内外智能控制策略的研究，针对风力发电系统随机性、非线性的特点，提出了一种改进位置环控制策略，将主控系统发送过来的设定桨角进行线性化处理，再经过离散化处理，代替主控发送过来的桨角，作为变桨PID控制器的输入桨角进行计算，并输出控制量到执行机构。期间，对加速度的值的大小与变桨距系统动态性能之间的关系作了初步探讨，在不考虑加速度影响的情况下，依然可以得出改进位置环控制策略优于常规控制策略的结论。 最后，通过Matlab/Simulink建模和仿真，厂内空载和加载实验以及风场测试，对比了变桨距系统常规控制策略和本文提出的改进位置环控制策略在不同的变桨速度下的运行结果，验证了后者在提高桨距角系统动态性能方面具有较大优势，能很好解决变桨系统中存在的3大问题，同时，提高了发电质量和风机安全系数，延长了风机使用寿命，降低了风机维护费用。 【关键词】：风力发电机组 变桨距系统 改进位置环控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 选题背景9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文的主要工作12-13
• 第二章 变桨距系统的原理和结构13-21
• 2.1 风力发电机的原理和结构13-16
• 2.1.1 风机空气动力学基础13-15
• 2.1.2 能量转换过程15-16
• 2.2 变桨系统的原理和结构16-20
• 2.2.1 变桨距系统分类16-18
• 2.2.2 变桨距系统控制流程18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 变桨距系统的控制策略21-35
• 3.1 主控对变桨距系统的控制策略21-24
• 3.1.1 主控系统的功能21
• 3.1.2 主控系统的控制方式21-24
• 3.2 变桨距系统目前存在的问题24-26
• 3.2.1 风机振动大24-25
• 3.2.2 响应速度慢25
• 3.2.3 控制精度低25-26
• 3.3 加速度对变桨距系统的影响26-29
• 3.4 控制算法改进29-33
• 3.4.1 速度曲线29-30
• 3.4.2 改进位置环控制策略30-33
• 3.6 本章小结33-35
• 第四章 变桨距系统的仿真35-43
• 4.1 变桨距系统常规控制策略35-37
• 4.2 变桨距系统改进位置环控制策略37-38
• 4.3 变桨距系统的仿真分析38-42
• 4.3.1 变桨速度设置为 2°/s38-40
• 4.3.2 变桨速度设置为 5°/s40-42
• 4.4 结论42
• 4.5 本章小结42-43
• 第五章 实验及测试43-57
• 5.1 控制程序43-45
• 5.1.1 系统功能要求43-44
• 5.1.2 程序流程图44-45
• 5.2 厂内实验45-50
• 5.2.1 空载实验45-48
• 5.2.2 加载实验48-49
• 5.2.3 结论49-50
• 5.3 风场测试50-56
• 5.3.1 手动变桨测试50-53
• 5.3.2 并网测试53-55
• 5.3.3 定位精度55-56
• 5.3.4 实验结论56
• 5.4 总结56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 结论57-58
• 6.1 总结57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 在学期间发表的论文和参加科研情况62-63
• 附录63-64

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