电动变桨的自适应控制研究

论文摘要

风能是清洁、可再生、蕴藏量大的新型能源,其稳定的发电能力可以在短时间内得以规模化和商业化开发,是世界最具增长潜力的新型能源。所以高效而可靠的风力发电系统的研究与开发已成为世界各国能源技术领域研究的热点。变桨距控制技术是风力发电系统的关键技术之一,尤其是对大型风力发电机组的变桨距控制技术研究具有十分重要的现实意义。本文以国产兆瓦级风力发电机组为背景,对电动变桨控制系统进行了深入的研究。本文从空气动力学基础理论入手,分析研究了变桨距控制的基本规律,讨论了电动变桨距系统的基本控制结构。根据课题要求在电动变桨伺服系统中选取交流异步电机作为执行电机。通过对异步电机多变量、非线性、强耦合数学模型的分析,应用矢量控制原理,在转子磁链定向的条件下简化了异步电机的数学模型。应用转子磁链定向间接矢量控制技术设计了位置、速度、电流三闭环控制的电动变桨伺服系统控制方案。在变桨伺服系统三闭环控制方案的基础上,针对电动变桨伺服控制系统数学模型难以建立的特性,提出了自适应控制方法并进行了仿真实验。由于变桨伺服系统所受到的负载转矩是不恒定的,所以要求变桨系统有很强的抗干扰能力,因此本设计中变桨系统的速度环采用模型参考自适应控制；由于在实际工程中,要求变桨系统的位置输出能够快速、准确而且无超调的跟踪上给定位置,所以变桨系统的位置环采用模糊自适应控制。仿真结果表明,速度环采用模型参考自适应控制不但能抑制外界干扰、环境变化,而且能消除系统本身参数变化的影响；位置环采用模糊PD自适应控制器,可以根据系统需要在线实时校正PD参数,保证控制效果达到系统所要求的性能指标。在对变桨伺服控制系统进行研究设计的基础上,对风力发电机组统一功率控制进行了研究。将电动变桨自适应控制伺服系统引入风力发电机组的整机系统模型中,对发电机输出功率调节器进行研究设计。由于风电机组变桨距系统具有非线性、多变量的特性,本文采用神经网络自适应功率调节器。应用Matlab软件建立了风力发电机组统一功率自适应控制仿真模型,模拟风速高于额定风速时的风机运行情况。仿真结果表明,在发电机组统一功率控制中采用神经网络自适应控制器,可以保证实际输出功率稳定的保持在额定功率附近。、

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景和研究意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 风力发电变桨距技术的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 风力机变桨距原理及变桨伺服系统
• 2.1 风力机的变桨距控制原理
• 2.1.1 风能的计算
• 2.1.2 最大风能捕获原理
• 2.1.3 节距角的调节原理
• 2.2 电动变桨距控制规律研究
• 2.2.1 风速低于额定风速
• 2.2.2 风速高于额定风速
• 2.3 电动变桨距伺服系统
• 2.4 小结
• 3 电动变桨伺服系统矢量控制研究
• 3.1 交流异步电机的数学模型
• 3.2 坐标变换技术
• 3.2.1 三相静止/两相静止坐标变换
• 3.2.2 两相静止/两相旋转坐标变换
• 3.3 转子磁链定向条件下的电机模型
• 3.3.1 转子磁链定向控制理论
• 3.3.2 转子磁链定向条件下的电机模型
• 3.4 转子磁链开环转差型矢量控制的算法
• 3.4.1 转子磁链开环转差型矢量控制算法
• 3.4.2 转子磁链开环转差型矢量控制典型结构
• 3.5 电压空间矢量PWM控制技术
• 3.6 小结
• 4 电动变桨伺服系统自适应控制研究
• 4.1 变桨伺服系统电流环调节器的设计
• 4.2 变桨伺服系统速度环模型参考自适应控制研究
• 4.2.1 自适应控制理论
• 4.2.2 模型参考自适应控制系统理论
• 4.2.3 变桨伺服系统速度环模型参考自适应控制器设计
• 4.3 变桨伺服系统位置环模糊自适应控制研究
• 4.3.1 模糊控制理论
• 4.3.2 变桨伺服系统位置环模糊自适应控制理论
• 4.3.3 变桨伺服系统位置环模糊自适应控制器设计
• 4.4 变桨伺服系统自适应控制系统仿真与分析
• 4.4.1 变桨伺服系统参数与技术指标
• 4.4.2 控制系统仿真模型的建立
• 4.4.3 仿真结果及分析
• 4.5 小结
• 5 风力发电机组统一功率自适应控制研究
• 5.1 变桨距风力发电机组的控制结构
• 5.2 发电机组统一功率神经网络自适应控制研究
• 5.2.1 RBF神经网络PID自适应控制理论
• 5.2.2 发电机组统一功率神经网络自适应控制器的设计
• 5.3 发电机组统一功率自适应控制仿真与分析
• 5.3.1 发电机组统一功率自适应控制仿真模型建立
• 5.3.2 仿真结果及分析
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果