风电机组传动系统动态载荷控制策略研究

【摘要】：在风电机组总的装机容量和单机容量不断增加的形势下,风轮直径迅速增大,风切变、风湍流和传动系统阻尼等因素的影响更加显著。如何有效的减小风电机组尤其是传动系统重要部件的动态载荷,是风力发电领域面对的一个难题。因此,本文在国家自然基金项目资助下研究了风电机组传动系统的功率传递特性和载荷影响因素,通过发电机转矩控制策略的研究抑制传动系统转矩波动,从而减小传动系统载荷。在低风速工况下,分析了双馈风电机组最大功率问题和传动系统载荷问题,采用在线动态预测的方法作为参考,通过卡尔曼滤波和牛顿迭代法来预测风速,卡尔曼滤波器的输入为发电机转矩和风轮转速,利用非线性控制(NC),通过及时跟踪最优转矩,从而减小功率波动,提高输出电能质量,减小传动系统扭转载荷。在高风速工况下,分析了风电机组传动系统由于风速的随机性和风电机组参数的不确定性引起的扭转载荷等问题,利用卡尔曼滤波对风电机组传动系统存在的非线性不确定因素补偿,设计了基于模型预测控制(MPC)的转矩波动抑制控制器,提高转矩控制精度,减小等效在轴上的转速差,减小齿轮箱等关键部位的扭转载荷,进而延长机组使用寿命。为了验证本文提出的控制策略,以双馈风电机组为对象,在FAST/MATLAB软件中对本文的控制策略和传统的PI转矩控制策略进行了仿真和对比分析,结果表明所提控制策略对于减小风电机组传动系统动态载荷具有有效性。 【关键词】：风电机组 传动系统 转矩控制 预测控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景和意义8-10
• 1.1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.2 课题研究意义9
• 1.1.3 课题来源9-10
• 1.2 风电机组传动系统载荷分析及控制研究现状10-11
• 1.3 本文主要内容11-13
• 第2章 风力发电理论与风电机组传动系统建模13-29
• 2.1 Betz理论13-15
• 2.2 叶素动量（BEM）理论15-18
• 2.3 风电机组运行控制策略18-20
• 2.4 传动系统模型分析20-25
• 2.4.1 传动系统动力学模型20-22
• 2.4.2 传动系统中非线性不确定因素分析22-25
• 2.5 传动系统数学模型25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 发电机转矩的非线性控制29-39
• 3.1 卡尔曼滤波理论29-31
• 3.2 基于卡尔曼滤波的状态估计31-33
• 3.3 基于风速预测的发电机转矩的非线性控制33-35
• 3.4 案例仿真计算与结果分析35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 基于模型预测控制的转矩波动抑制控制39-50
• 4.1 预测控制理论39-44
• 4.2 基于预测控制的转矩波动抑制控制器设计44-47
• 4.3 仿真分析47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 结论50-51
• 参考文献51-54
• 在学研究成果54-55
• 致谢55

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