MW级双馈风电机组偏航控制系统的优化及仿真

论文摘要

能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,风能作为一种清洁的可再生能源,已经受到世界各国的高度重视。本课题以MW级双馈发电机组偏航控制系统为研究背景,重点对偏航控制系统对最大风能捕获率问题进行研究。针对双馈变速恒频风力发电机组来说,为了获取更多的风能,本文通过改善偏航控制系统,来提高风力机的发电效率。由于偏航控制系统中的风向传感器位于下风向,受到紊流等各种不利因素的影响,且自身的测向精度也存在不足,导致对风精度不高,而且当对风精度在±150之内时,风向标传感器不能检测到实际的风向,进而降低了风力发电机组的发电效率。针对以上问题,本课题提出了一种基于风向变化的偏航控制系统的优化策略,快速调节机舱的偏转角度,使风力发电机风轮法线方向与变化的风向始终保持一致,从而提高机组的发电效率,完成对偏航控制系统的优化。文章首先对风力发电机组中的偏航控制系统进行研究,分析了影响偏航控制的因素,介绍了偏航控制系统的结构,指出风向标传感器存在的问题；然后阐述双馈型风力发电机组的组成和工作原理,建立双馈发电机的输出功率的数学模型；根据以上的理论基础,设计大范围内采用风向标传感器和角位移传感器信息融合的偏航控制策略和基于爬山算法和陀螺仪相结合的小范围的偏航控制策略。最后通过MATLAB仿真软件,对双馈发电机的输出功率进行仿真分析,根据仿真结果和爬山算法程序的相结合,来验证算法的可行性与有效性。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 全球风力发电产业现状
• 1.2.1 国际风力发电现状及前景
• 1.2.2 国内风力发电现状及前景
• 1.3 风力发电机组控制技术
• 1.4 风力发电机组的控制策略
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 1.5.1 研究内容及目的
• 1.5.2 本课题的结构
• 第2章 MW级风力发电机组偏航系统的研究
• 2.1 引言
• 2.2 风特性对偏航系统的影响
• 2.2.1 风向信号的分析
• 2.2.1.1 风向
• 2.2.1.2 风向的测量
• 2.2.2 风速的分析
• 2.2.2.1 风速的测量
• 2.2.2.2 风速分布模型
• 2.2.2.3 风速的数学模型
• 2.2.2.4 风速的仿真模型
• 2.3 风力发电机组偏航控制系统的分析
• 2.3.1 偏航控制原理
• 2.3.2 偏航控制系统的结构分析
• 2.3.2.1 偏航控制器
• 2.3.2.2 风向传感器
• 2.3.2.3 解缆传感器
• 2.3.3 偏航系统的控制过程
• 2.3.3.1 风向标控制的自动偏航
• 2.3.3.2 风向标控制的90°侧风
• 2.3.3.3 人工偏航
• 2.3.3.4 自动解缆
• 2.4 本章小结
• 第3章 双馈型风力发电机概述
• 3.1 引言
• 3.2 双馈风力发电系统的组成
• 3.3 MW级双馈风电机组的工作原理
• 3.4 双馈风力发电机的工作流程
• 3.5 双馈风力发电机的数学模型
• 3.5.1 三相静止坐标下双馈电机的数学模型
• 3.5.2 双馈发电机坐标变换数学模型
• 3.5.2.1 从三相到两相三维静止坐标变换（Clarke变换）
• 3.5.2.2 两相静止和两相旋转之间的坐标变换
• 3.5.2.3 双馈发电机坐标变换数学模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 MW级风电机组偏航控制系统的优化
• 4.1 引言
• 4.2 基于风向标控制的偏航控制系统
• 4.3 基于爬山算法的风力发电机组偏航控制系统
• 4.3.1 爬山算法的原理
• 4.3.2 爬山算法在偏航控制系统中的应用
• 4.3.3 偏航系统控制策略的设计
• 4.3.3.1 基于爬山算法的功率控制
• 4.3.3.2 反馈控制的设计
• 4.3.3.3 控制器的选用
• 4.4 基于爬山算法偏航控制系统的仿真
• 4.5 基于爬山算法偏航控制系统的实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A:攻读学位期间所发表的学术论文及科研情况
• 附录B