永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究

发布时间：2018-10-09 11:19

【摘要】：人类社会的生存和发展,对能源的需求依赖与日俱增。能源支撑着现代社会的发展进步,也是当今国际军事、政治、经济、外交等多方面关注的焦点。我国的经济发展历程与发达国家工业化进程相同的一点是,需要大量的能源作为保障。大力发展可再生能源是解决能源需求和环境保护这两方面问题的重要途径。可再生能源中以太阳能、风能、波浪能和生物质能等为主,其中风能不仅有良好的投入/产出比,也有大规模开发利用的潜力,这使其成为最具竞争力的清洁能源。风电成本低,在传统能源的稀缺紧张的大环境下,越来越具有竞争力,成为环保、廉价的新兴能源。风力发电产业不断地发展、创新,随着控制方式不断地优化、改进,可以容纳的单机容量也不断的升高,机组运行的可靠性和对风能的有效利用率也显著提升。逐渐提高风能利用率,转化风能成为我们所需的优质电能。在提高风能的利用率和并网送电等领域更多是以学习引进为主。对直驱式运行、以永磁体为结构基础的发电机组上研究较少,对其运行方式的控制独创性内容不多。在2012年度的科学技术项目研究中,省教育厅着力研究变速变桨距技术(项目编号：12521039,项目内容：智能变桨距控制技术的研究),是一项新兴、综合性的功率控制技术。将BP神经网络技术与模糊理论衍生的控制技术相结合,作为设计智能变速变桨距控制技术的基础,并对其进行建模仿真研究。在介绍风电发展的历史中,优先分析国外风力发电技术的概况和数据,作为国内对比数据的重要参照。把近20年来,常用的机组进行多方位的比较,选择最优秀,能适应更多控制技术发展的优质发电机组,作为载体,提供更改技术的平台。分析时下技术先进的永磁发电机组的结构特征和运行时的动态特性。为了达到直观的研究结果,需要在仿真平台下,进行多组数据、不同环境下的仿真实验,本文选择Matlab和Simulink软件作为仿真平台,对风力机组的运行特性和控制技术进行应用实验研究。建立风力机组的整体模型,并加入变速变桨距技术的智能控制器。同时对智能控制器的计算方式分析和优化。针对不同风速目标,采用的计算方式也有区分。对以BP神经网络构建的低风速控制器模型和以模糊控制理论为基础的高风速控制模型分别进行了计算方法的最优化选择。LM算法为BP神经网络控制器下的最优算法,通过对给定数据的模拟训练,在不同的桨距角和叶尖速的组合中,计算出最优的风能利用系数。将多组数据建立起对应表格,辅以低风速下(此时桨距角将保持0。角不变)的变速控制策略,达到捕获最大的风能的目的；速度型的二维控制器是模糊控制器的首选型号,在大风速条件下,需将实际功率和额定功率的误差以及误差的变化率实时输入控制机中计算,通过计算得出桨距角应变化的合理角度。建立模糊控制器的控制规则,需要把超过额定风速的实时风速,进行细节分解,整理出几个范围。把实时风速分解成过额定风速(大风速)以及弱额定风速(小风速)两种情况,分别采用不同的控制策略完成功率控制调节。在Matlab和Simulink仿真平台下对一台兆瓦级的永磁风力机组进行不同风速下的仿真实验,验证控制技术的可靠性,检测输出功率的平稳程度。
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【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315

【参考文献】