论文摘要
随着全球经济的飞速发展,人们生活水平的日益提高,常规能源的短缺将会日趋严重,地球有限的化石燃料逐渐趋于枯竭,开发可再生能源已成为全社会可持续发展的紧迫课题。风能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源,有效的开发利用风能可以保护地球生态环境、减缓地球资源消耗。风力发电机是开发和利用风能的最好工具,中国乃至世界都在大力开发推广风电,风电成为全世界增长速度最快的新型清洁电力。因此,深入研究风力发电机组的变桨距控制技术对于开发风能和实现风电机组国产化具有重要意义。本文以国家高科技发展计划项目“兆瓦级变速恒频风电机组”(课题编号:2001AA512022)为背景,主要研究兆瓦级风电机组的变桨距机构及其控制系统。本文针对大型风电机组变桨距控制的相关问题展开研究,主要研究内容归纳如下:在充分考虑到风力发电机组的运行要求和工作环境特点后,设计了电液伺服变桨距液压驱动系统。由于变桨距风力机具有很强的非线性,采用传统的PID控制效果并不十分理想,因此采用自适应控制进行变桨距控制。并在1MW风力发电机上对各种工况进行了试验,最终结果均能满足变桨距控制要求。针对变桨距并行冗余设计方案,为了克服因两个液压缸运动状态差异形成的机械耦合对变距系统的影响,本文采用自适应解耦控制技术,先通过前馈解耦,再经过自适应律产生的反馈作用来修改液压系统控制器的参数,产生同步控制量,使双液压缸在位置上保持一致,从而实现了变距系统的同步传动。仿真实验表明,本文所提出的控制方案具有速度快、鲁棒性强、同步误差小的优点。此外,基于永磁电动机的独立桨叶控制技术也是变桨距控制的一个重要发展趋势。本文设计了独立变桨距执行机构,并针对永磁同步电动机,设计了IP位置伺服系统。其次,在此IP位置控制的基础上,提出了对该系统的最优预见前馈补偿,以提高原伺服系统的跟踪性能。为了使预见前馈补偿能适应系统参数的变化,提出了采用自适应神经元来实现预见前馈补偿。为了证明所提方案的有效性,进行了仿真实验。仿真结果表明控制效果良好。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题的背景1.2 国内外风力发电技术的发展1.2.1 风力发电的历史和现状1.2.2 国内外大型风力发电机组发展现状与趋势1.3 风力发电机组桨叶控制技术发展1.3.1 定桨距控制技术1.3.2 变桨距控制技术1.3.3 定桨距控制与变桨距控制的比较1.4 课题研究的主要内容第二章 风力发电机变桨距理论研究2.1 风轮的气动特性2.2 变距风力发电机组性能分析的计算方法2.2.1 计算方法概述2.2.2 叶素理论2.2.3 动量——叶素理论2.2.4 叶片梢部损失和根部损失修正2.2.5 风剪切2.3 风力机性能计算2.3.1 计算条件2.3.2 计算结果2.4 变距风力发电机组控制系统的控制策略2.4.1 风力发电机组的基本工作状态2.4.2 风力发电机组工作状态之间的转换2.4.3 风力发电机组的制动保护2.5 本章小结第三章 电液伺服变桨距控制系统设计及实验3.1 电液伺服变桨距控制系统设计3.1.1 变桨距机构载荷计算3.1.2 变桨距液压缸推力计算3.2 变距控制系统的建模3.3 自适应控制的基本理论3.3.1 自适应控制技术的发展与应用概况3.3.2 模型参考自适应系统的设计思路3.4 基于模型参考自适应控制的变桨距控制器设计3.4.1 系统结构3.4.2 控制方案的设计原理3.4.3 自适应律设计3.5 电液伺服变桨距控制系统的实验3.6 本章小结第四章 电液伺服变桨距余度控制系统设计及控制4.1 液压伺服变桨距余度控制系统机械机构组成及工作原理4.2 液压伺服变桨距余度控制系统的解耦设计4.3 基于解耦反馈控制的同步传动控制技术4.3.1 解耦控制器设计4.3.2 基于自适应控制的液压余度控制技术研究4.4 本章小结第五章 基于永磁同步电机的独立桨叶控制技术研究5.1 垂直高度风速变化对风力发电机组的影响5.2 独立桨叶控制系统结构设计5.3 基于永磁同步电机的独立桨叶预见控制技术研究5.3.1 驱动电机与控制策略的选择5.3.2 预见控制的基本理论5.3.3 最优预见伺服系统5.3.4 数字最优预见前馈补偿系统5.4 基于永磁同步电机的独立桨叶控制系统预见前馈补偿的设计5.4.1 独立桨叶控制系统IP位置控制器的设计5.4.2 独立桨叶控制系统预见前馈补偿控制器的设计5.5 独立桨叶控制系统仿真实验5.6 本章小结第六章 结论参考文献在学研究成果致谢
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