风电机组载荷与功率协同控制载荷计算研究

【摘要】：能源的供应直接决定着生产方式的转变，在不断追求经济腾飞的过程中，能源的消耗量亦不断增加，在不断的实践中风电机组控制系统的日趋成熟，并且发电过程中无污染，因此风力发电技术越来越受到人们的重视。然而现实中风能能量密度低、发电环境多变和整机承受载荷不均衡，使得单机运转中的控制系统变得复杂、非线性。因此，在实践中不断采集运行参数，总结控制经验，创新控制技术，使机组更加平稳运转是风电技术获取突破性进展的关键。 本文从风电技术的动量叶素理论入手，分别推导机组运转中功率输出与整机承受载荷的计算关系式，在以现有控制手段的基础上提出改进目前变桨距控制算法，以达到在保证整机功率输出的前提下改善运行中对机组部件造成的载荷的目的。本文选定机型为Repower公司的MM82液压型变桨距风力发电机，实行模糊独立变桨距控制。整文内容大致分为两部分，第一部分分析机组的变桨距系统，分别推导出液压变桨距系统在关桨和开桨时的传递函数，在MATLAB软件中实行了闭环PID控制仿真，利用专家控制理论对PID参数进行优化；第二部分为优化风轮和轮毂在机组运转中承受的载荷，首先分析机组运转中载荷来源，确立不同载荷的计算关系式及过载运行危害，在传统PID控制系统的基础上结合现代智能控制提出新的控制方法，建立控制器代码DLL作为Bladed软件外接控制器的变桨距输入，分别对统一变桨距和独立变桨距控制下机组承受载荷进行了比较。本文仿真中采用了独立变桨控制，对整机进行了建模，设计了模糊PID控制器，对控制算法进行了仿真。 最后，通过在不同的控制方式下对叶轮和轮毂承受载荷进行比较分析，验证了改进后的控制算法的优势，不仅能保证整机运行的发电量并且减少了整机所承受的载荷，对来流风向的承受力和力矩控制效果尤为明显，系统将更加平稳的运行，达到了提高控制系统的要求。 【关键词】：风力发电 载荷 动量叶素理论 独立变桨距 模糊控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 前言10-12
• 1.2 风机载荷计算研究现状12-15
• 1.2.1 风机载荷研究现状12-13
• 1.2.2 风机载荷控制研究现状13-15
• 1.3 课题的意义及工作内容15-18
• 1.3.1 课题的意义15-16
• 1.3.2 主要工作内容16-18
• 第2章 风力发电机组控制理论分析18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 风机空气动力学18-25
• 2.2.1 动量理论18-22
• 2.2.2 动量叶素理论22-25
• 2.3 独立变桨距控制25-26
• 2.3.1 统一变桨距控制25
• 2.3.2 独立变桨距理论来源25-26
• 2.3.3 独立变桨距控制26
• 2.4 风机发电仿真26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 液压变桨距系统选择和计算29-45
• 3.1 变桨距闭环系统模型29-37
• 3.1.1 关桨过程传递函数29-32
• 3.1.2 开桨过程传递函数32-37
• 3.1.3 放大器传递函数37
• 3.1.4 阀的传递函数37
• 3.1.5 位置传感器传递函数37
• 3.2 变桨距系统的传递函数37-38
• 3.2.1 机组基本参数38
• 3.2.2 比例阀传递函数38
• 3.2.3 关桨和开桨过程系统函数38
• 3.3 变桨距系统的传递函数38-40
• 3.3.1 Simulink 系统下仿真38-40
• 3.3.2 Simulink 跟踪曲线40
• 3.4 系统 PID 调节及仿真40-43
• 3.4.1 PID 控制器40-43
• 3.4.2 闭环控制43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 风机控制算法设计45-54
• 4.1 模糊控制器设计45-53
• 4.1.1 输入量模糊化46-49
• 4.1.2 建立模糊关系49-51
• 4.1.3 模糊推理51-52
• 4.1.4 去模糊化52
• 4.1.5 总控制器52-53
• 4.2 本章小结53-54
• 第5章 风机仿真结果分析54-64
• 5.1 Bladed 简介54-56
• 5.1.1 风速模型55-56
• 5.1.2 传动链模型56
• 5.2 Bladed 外接控制器56-58
• 5.3 机组运行控制58-62
• 5.3.1 发电机功率58-59
• 5.3.2 发电机载荷分析59-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 结论64-65
• 参考文献65-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

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