风电机组独立变桨距控制半实物仿真实验研究

【摘要】：随着化石能源消耗与环境之间矛盾的逐步凸显,人类开始寻找清洁、可再生的新型替代能源,在此背景下风力发电迎来了发展契机,于近几年获得了飞速发展。尤其是大型风电机组发展更为迅速,已成为世界各国能源结构调整的重要工具。然而随着风电机组额定功率的不断增大,其风轮扫略面积必将相应增大,随之也带来了诸多负面影响,如风切变引起的附加载荷随之增大,此类载荷影响着风电机组的使用寿命。独立变桨技术可有效减小此类有害载荷,在同步变桨技术基础上,分别给各桨叶叠加独立的控制信号,补偿风切变引起的不均匀载荷。 本文针对3MW双馈式变速恒频变桨风电机组进行独立变桨距控制系统仿真和实验研究。首先,利用Matlab分别建立风资源、统一变桨距风电机组和独立变桨距风电机组数学模型；其次,设计了风电机组独立变桨距控制系统半实物仿真平台,对独立变桨距控制策略进行测试；再次,以统一变桨距控制系统为基础扩展设计独立变桨距控制系统。本文采用控制策略风电机组输出功率稳定,依据方位角的权系数分配方法对桨叶进行单独控制,以平衡3个叶片受力,同时采用叶片载荷负反馈调节方法,使3个叶片受力更均匀,从而减小风轮的拍打振动,进而减小风电机组载荷。 对比仿真分析结果,得出结论：本文设计的独立变桨距控制系统半实物仿真平台,可准确模拟风电机组系统及其独立变桨距过程,利用其开展独立变桨距控制策略仿真工作,可有效改善相应控制策略及算法的性能,从而为风电机组减小风剪切引起的不均匀载荷提供帮助。 【关键词】：风电机组 独立变桨距控制 载荷反馈 半实物仿真
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外风电发展概况12
• 1.2.2 在中国风电的发展现状12-13
• 1.3 风力发电技术的发展13-16
• 1.3.1 风力发电技术的发展趋势13-14
• 1.3.2 桨距调节技术的发展14-16
• 1.4 本论文的主要研究内容16-18
• 第二章 独立变桨距双馈式风电机组建模研究18-32
• 2.1 风电机组简介18-20
• 2.2 风速模型20-22
• 2.3 风力发电机气动特性的数学模型22-28
• 2.3.1 风力发电机空气动理论22-24
• 2.3.2 风电机组中几个常用的物理量24-25
• 2.3.3 风轮转矩的数学模型25-26
• 2.3.4 叶片受力的数学模型26-28
• 2.4 传动系统的数学模型28-29
• 2.5 发电系统的数学模型29-30
• 2.6 独立变桨距控制系统数学模型30-32
• 第三章 独立变桨距双馈式风电机组半实物仿真平台开发32-42
• 3.1 虚拟仪器概述32-33
• 3.2 半实物仿真平台结构设计33-37
• 3.3 半实物仿真平台的数据库与通讯技术37-38
• 3.4 仿真平台的终端界面与程序设计38-42
• 第四章 风电机组独立变桨距控制与仿真42-50
• 4.1 基于功率反馈和载荷反馈的双闭环控制系统设计42-46
• 4.1.1 统一变桨距控制系统42-44
• 4.1.2 独立变桨距控制系统44-45
• 4.1.3 基于方位角的权系数分配模型45-46
• 4.2 3MW风电机组独立变桨距控制系统的仿真分析46-50
• 第五章 结论50-51
• 参考文献51-53
• 在学研究成果53-54
• 致谢54

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