漂浮式海上风力发电机组载荷优化及控制技术研究

发布时间：2017-10-29 21:18

  本文关键词：漂浮式海上风力发电机组载荷优化及控制技术研究

  更多相关文章： 海上风力发电 漂浮式平台 阻尼器 载荷优化控制 全局跟踪控制

【摘要】：随着陆上风电场和近海风电场开发日益饱和,世界各国将深海风能开发作为风能开发的重要目标。深海开发无疑将大幅度提高基础安装成本,如果依然沿用定桩式基础必然无法满足经济性要求。因此,漂浮式风电机组作为解决这一矛盾的有效手段,近年来成为了各国研究的热点。对于漂浮式风电机组而言,引入浮式基础,一方面降低了基础的建设安装成本,但另一方面,也是因为浮式基础使其系统基础的自由度得到释放,在受到湍流风、波浪和洋流作用下,导致整机系统产生剧烈的仰俯运动,从而产生较大的极限载荷和疲劳载荷。同时,系统产生载荷响应,导致风轮所产生风功率也波动较大,难以保证其输出功率的平稳性。有鉴于此,论文将以深海漂浮式风电机组的载荷优化和功率控制为研究目标,分别从漂浮式风机系统动力学建模、机组结构减载控制和期望功率的跟踪控制三个方面对深海漂浮式风电机组展开研究。主要工作如下:(1)漂浮式风机系统动力学建模论文研究了漂浮式水平轴变速变桨风力机的气动性能特点,并分析了水动力载荷、风载荷以及锚泊系统对浮式平台的运动响应影响以及浮式平台的运动响应对风力机的作用规律。基于研究和分析,建立了锚泊系统动力学模型、水动力学特性模型、发电机气动模型和功率转换模型。(2)基于调谐质量阻尼器(TMD)主动结构控制论文研究了漂浮式海上风力发电机组的主动结构控制技术。基于配置TMD的风机模型,采用输出反馈控制方法设计主动结构控制器。利用FAST仿真软件,联合Matlab/Simulink工具实现对主动结构控制器的仿真验证。结果显示,在相同风况和海况条件下,相比无TMD和被动TMD结构控制的风机系统,主动结构控制可以有效减小浮式基础的俯仰角度、平台的位移以及塔尖的位移。很大程度上提高了风机的平稳和整体性能。(3)神经自适应全局功率跟踪控制论文建立了风机非仿射的功率转换模型,根据高阶非仿射变速风机的特性,提出自适应神经网络全局跟踪控制方法,实现对变速风机转速的跟踪控制。首先,通过系统转换方法,将非仿射系统模型转换为仿射的严格反馈系统模型。然后,利用神经网络观测器对系统的不可得到的状态进行估计。最后,将自适应神经网络全局跟踪控制方法用于系统模型的控制器中,并通过仿真验证。结果表明,与传统PI控制方法相比,自适应神经网络控制方法具有良好的控制性能,实现理想的控制效果。
【关键词】：海上风力发电 漂浮式平台 阻尼器 载荷优化控制 全局跟踪控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9-11
• 1.1.1 课题研究的背景9-10
• 1.1.2 课题研究的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文课题来源13-14
• 1.4 论文的研究内容14
• 1.5 论文创新点和技术路线14-16
• 2 漂浮式风力发电机组的动力学模型16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 漂浮式平台16-24
• 2.2.1 漂浮式平台选型16-20
• 2.2.2 锚泊系统建模20-24
• 2.3 漂浮式风机空气动力学模型24-27
• 2.3.1 动量理论24-25
• 2.3.2 风力机的气动性能25-27
• 2.4 漂浮式风机风能转换动力学模型27
• 2.5 漂浮式风机水动力学模型27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 基于TMD的漂浮式风机结构控制设计30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 NREL 5 MW风机和FAST-SC30-33
• 3.2.1 NREL 5 MW风机30-31
• 3.2.2 FAST-SC31-33
• 3.3 被动结构控制优化33-35
• 3.3.1 配置TMD的风力机结构动力学模型33-34
• 3.3.2 TMD被动控制参数优化研究34-35
• 3.4 主动控制器设计35-37
• 3.5 仿真分析37-41
• 3.6 本章小结41-43
• 4 漂浮式风机最大功率跟踪控制设计43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 基本原理43-44
• 4.3 漂浮式风机最大功率跟踪控制设计44-50
• 4.3.1 控制目标44
• 4.3.2 控制方案44-45
• 4.3.3 系统转换和误差动态方程45-47
• 4.3.4 神经网络逼近47
• 4.3.5 观测器设计47-48
• 4.3.6 控制器设计和稳定性分析48-50
• 4.4 仿真研究50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 总结与展望54-56
• 5.1 本论文研究总结54
• 5.2 存在的问题54-55
• 5.3 进一步的研究方向55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 附录61
• A. 发表的学术论文及软件著作权61
• B. 参加的科研项目61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 张友文;王迎光;;浮式风机极限载荷与疲劳载荷对比分析[J];海洋工程;2015年03期

2 石陆丰;程建生;段金辉;隋元松;;半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析[J];船舶与海洋工程;2015年01期

3 唐友刚;桂龙;曹菡;秦尧;;海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析[J];哈尔滨工程大学学报;2014年11期

4 郭宇星;;我国海上风电的发展现状及对策建议[J];产业与科技论坛;2014年09期

5 盛振国;任慧龙;甄春博;王永岐;;基于时域载荷的海上风机基础结构疲劳分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2014年04期

6 姚兴佳;侯世旭;王晓东;刘颖明;;3MW双馈式风电机组变桨控制策略优化研究[J];可再生能源;2013年02期

7 王湘明;陈亮;邓英;王婀娜;;海上风力发电机组塔架海波载荷的分析[J];沈阳工业大学学报;2008年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 叶小嵘;海上浮式风力机系统环境载荷及耦合运动性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

，

本文编号：1114703