风力发电机控制策略研究与应用

论文摘要

论文在风能最大捕获原理的基础上,研究了国际常用的几种风电机组控制策略,定性地比较总结了它们各自的优缺点。以某600千瓦风力发电机组为研究对象,分析采用不同控制策略情况下其发电性能,定量地比较了各种控制策略的优缺点。并应用于风力机结构耦合振动模型状态最优控制、风力机液力变矩传动协同仿真控制和小型风力机的性能测试及功率最大跟踪研究。论文围绕风力机功率的最优控制这一主题,首先利用虚拟样机技术和神经网络工具主要对某型风力发电机的叶片工作过程中的动力学响应进行预测分析,提高叶片的运行控制精度,使风能最大限度地被吸收,进而将分析结果应用到风力机液力变矩传动协同仿真控制研究中,通过软件仿真实现控制策略,并以小型风力发电机为研究对象,对其进行最大功率跟踪系统的硬件和软件设计研究。论文的结构如下:①第一章主要是介绍风力发电机技术研究背景、意义,以及国内外的研究现状;②第二章研究了国际常用的几种风电机组控制策略,定性地比较总结了它们各自的优缺点;③第三章围绕风力机功率的最优控制这一核心,利用虚拟样机技术和神经网络工具主要对某型风力发电机的叶片工作过程中的动力学响应进行预测分析;④第四章将二、三章研究分析结果应用到风力机液力变矩传动仿真的整机系统中,对液力变矩器进行协同仿真控制研究,通过软件仿真实现控制策略;⑤第五章在第二、三、四章的基础上,依据风力机只有在最佳叶尖速比下运行,才能输出最大功率,以小型风力发电机为对象,对其进行最大功率跟踪系统的硬件和软件设计研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 风力发电的背景和意义
• 1.2 风力发电技术及国内外研究现状
• 1.2.1 风力发电技术
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的目的和主要研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 2 风力发电机控制策略分析
• 2.1 引言
• 2.2 风电机组功率控制策略分类
• 2.3 风电机组最大风能捕获控制策略
• 2.4 变速变桨距控制策略研究
• 2.4.1 变速控制设计
• 2.4.2 变桨距控制设计
• 2.4.3 PID 控制设计
• 2.4.4 分析结果
• 2.5 本章小结
• 3 风力机结构耦合振动模型状态最优控制
• 3.1 引言
• 3.2 状态空间控制理论与结构力学模拟分析
• 3.2.1 状态空间控制理论与结构力学模拟关系
• 3.2.2 人工神经网络在机械结构优化设计中的应用
• 3.3 风力机结构耦合振动模型
• 3.3.1 风力机结构动力学分析模型
• 3.3.2 风力机空气动力学模型
• 3.3.3 传动链系统动力学模型
• 3.3.4 风力机系统结构动力学模型建模
• 3.3.5 风力机整机性能分析模型
• 3.4 仿真分析结果及数据对比
• 3.5 BP 神经网络基本原理
• 3.5.1 信息正向传播过程
• 3.5.2 误差反向传播过程
• 3.5.3 BP 网络节点作用函数
• 3.6 BP 神经网络在风力机结构耦合振动中的应用
• 3.7 本章小结
• 4 液力变矩传动协同仿真控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 模型的设计与实现
• 4.2.1 设计思路
• 4.2.2 新型风电传动系统机械动力学模型
• 4.2.3 导叶可调式液力变矩器模型
• 4.3 联合仿真实验与分析
• 4.3.1 联合仿真设计思路
• 4.3.2 联合仿真实验
• 4.3.3 仿真实验数据分析
• 4.4 与某失速型风力机系统的比较
• 4.5 结论
• 5 小型风力机的性能测试及功率最大跟踪研究
• 5.1 引言
• 5.2 小型永磁风力发电机的基本结构及原理
• 5.2.1 小型永磁交流发电机基本原理
• 5.2.2 小型永磁交流发电机的性能
• 5.3 性能测试技术研究
• 5.4 最大功率跟踪研究
• 5.4.1 风能利用控制策略
• 5.4.2 设计方案实施
• 5.4.3 实验验证
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录