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。风力发电清洁无污染,施工周期短,投资灵活,占地少,具有较好的经济效益和社会效益。由于在目前技术条件下风电与火电、水电相比从造价、电能质量、设备制造和控制技术等领域存在劣势,使得我国风电领域的理论和应用研究与发达国家存在很大差距。国内对风电技术的研究十分薄弱,风力机的大型化、变桨距控制、先进刹车系统等先进风电技术还远未解决,致使我国大型风力机几乎全部为进口产品。因此,对风力发电技术和装备的研究开发日益成为科技领域和企业界关注的热点课题项目之一。风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学等多学科的综合性高技术系统工程。目前,风力发电领域的研究基本上都是对电气部分的研究,对机械部分的相关研究很少。风力发电机是典型的机电液一体化设备,机械部分又是风力发电机工作的主体。所以对风力发电技术的研究不能只是局限于电气部分。本文针对现代风力机的主体—机械部分中的刹车系统进行了研究。根据现代风力机刹车系统所存在的问题,提出了一种混合式的刹车系统（HEBS）,即把电磁涡流刹车（ECB）作为传统的液压驱动式机械刹车（CBS）的辅助刹车。本文主要研究内容如下:（1）针对传统的液压驱动的机械刹车所存在的问题,将电磁涡流刹车技术引进到风力发电机的刹车系统中,提出了电磁涡流刹车作为风力发电装置辅助刹车的方案。由电磁涡流刹车的特性,把它安装在高速轴上,根据机械刹车不同安装位置,分别提出了三套刹车系统方案:①机械刹车安装在低速轴;②机械刹车安装在高速轴;③机械刹车同时安装在低、高速轴。对它们进行受力分析,比较得出方案③为最佳。（2）在分析传动系统的运行机理基础上,推导出了刹车系统的柔性轴数学模型。该模型能正确反映刹车特性、且易于数值仿真的实现。（3）利用电磁有限元仿真软件Ansoft中的Maxwell-3D对矩形铁芯型的电磁涡流刹车的三维涡流场的仿真模拟与计算,得到刹车盘内电磁感应密度的分布及其具体参数值等,为优化刹车设计提供了参考。（4）针对新型风力发电刹车系统结构特点,提出在整体控制的基础上,分别对CBS和ECB进行控制。采用的是智能滑模控制器,该控制器在滑模变结构控制的基础上结合模糊神经网络控制,形成模糊神经网络的滑模控制系统。用模糊控制去抑制抖动现象:用神经网络控制去削弱对系统参数上下界的依赖。解决了一般滑模控制器存在的抖动和参数上下界依赖性问题,使得控制效果较为理想。（5）以额定功率为600KW的风力机为分析对象,分别对刹车闸不同安装位置进行仿真,结果表明第三个方案的控制效果最好:所使用的刹车力矩最小,对齿轮的冲击最小。还对ECB的跟踪系统进行了仿真,结果表明带模糊神经滑模控制器的ECB系统跟踪性能比不带模糊神经滑模控制器的ECB系统跟踪性能好,响应时间短,无超调,达到了预期的目的和设计目标。
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