基于VxWorks的风电机组数据采集处理及控制系统研究

【摘要】：近年来,传统能源的大量消耗造成了资源紧缺和环境污染等问题。为了满足人类日益增长的能源需求,并减少对环境的破坏,可再生能源的研究和应用得到了飞速发展。其中,风能由于成本低廉、储量巨大等优点,在新能源中发展较快也更为成熟。然而,逐年增长的装机量和不断增大的单机容量对风力发电机的控制系统提出了更高的挑战。 本文提出了一种基于V xWorks嵌入式系统的风电机组数据采集及控制系统设计方案；应用新型的爬山算法和鲁棒自适应控制算法,完成风电机组最大功率桨距角优化跟踪控制；并在VxWorks系统下进行了设计实现。本文的主要内容如下： (1)介绍了国内外风电发展现状,概述了风电机组的组成和运行原理,明确了风电机组数据采集处理及控制系统的功能需求,并提出了总体设计方案。 (2)研究了风电机组数据采集处理及控制系统的硬件设计方案,设计了以MCF54455为主控制芯片的核心控制板,并详细描述了其硬件结构和基本电路；给出了风机数据采集处理系统的电路设计方案；介绍了风电场远程监控系统的组成。 (3)围绕风力发电最大功率点跟踪控制原理,提出了一种新型爬山控制算法用于计算并更新最优功率曲线的斜率kopt值,并设计了鲁棒自适应控制器实现对风机理想转速的跟踪；最后在VxWorks环境下编写应用程序用于实现上述算法,并用C#设计了用户显示界面,验证了新型爬山算法的可行性和鲁棒自适应控制器在跟踪理想转速的有效性。 【关键词】：风力发电机组 控制系统 数据采集处理 最大功率点跟踪 鲁棒自适应控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315;TP274;TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外风电发展现状11-14
• 1.2.1 风力发电的国际现状11-13
• 1.2.2 风力发电的国内现状13-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 2 风电机组的运行原理16-26
• 2.1 风力发电的理论基础16-20
• 2.1.1 风力发电机的构成17-18
• 2.1.2 变速风力发电机的运行状态18-20
• 2.2 风力发电的空气动力学原理20-23
• 2.2.1 空气动力学原理20-21
• 2.2.2 风能的计算21-23
• 2.3 最大风能跟踪原理23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 风电机组数据采集处理及控制系统的硬件设计方案26-39
• 3.1 风电机组数据采集系统的总体结构26-27
• 3.2 控制器选择及基本电路27-31
• 3.3 数据采集系统电路设计31-36
• 3.3.1 风电机组采集信号传感器32-34
• 3.3.2 信号调理电路设计34
• 3.3.3 A/D转换电路34-35
• 3.3.4 系统输出电路35-36
• 3.4 监控系统组成36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 风电机组数据采集处理及控制系统的算法及实现39-60
• 4.1 系统软件功能设计39-40
• 4.2 新型爬山算法研究40-46
• 4.2.1 新型爬山算法40-41
• 4.2.2 风机系数41-43
• 4.2.3 新型爬山算法设计43-46
• 4.3 最大功率桨距角优化跟踪控制研究46-50
• 4.3.1 风机模型46-47
• 4.3.2 控制器设计47-48
• 4.3.3 鲁棒自适应跟踪控制48-50
• 4.4 基于VxWorks的软件设计与实现50-55
• 4.4.1 VxWorks系统框架50-51
• 4.4.2 VxWorks启动流程51-53
• 4.4.3 应用程序设计流程53-55
• 4.5 实验结果及分析55-58
• 4.6 本章小结58-60
• 5 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-65
• 图索引65-67
• 作者简历67-69
• 学位论文数据集69

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