基于自适应控制的风筝发电系统研究
发布时间：2020-12-18 19:31
高空风力发电是一类新的风能转换器。采用系留飞行器,目的是在显著增加的高空中捕获风能,通过一根或多根系留缆绳将飞行器与地面基站相连接,利用机载设备将机械能转化成电能,从而产生可用功率,因其能够在传统风力涡轮机无法到达的高度气层中获取风能,具有较强的经济可行性。飞行器是高空风力发电系统的核心,本文以高空风力发电系统为研究对象,考虑到飞行器不同类型各自的结构特点,存在直径过大,起飞降落过程中不易控制,已有多点质量风筝的数学模型复杂等问题,对此本文做了如下研究:首先介绍了系统中主要采用的三种风筝类型:前缘充气风筝、拉姆空气牵引风筝、三角洲风筝,比较了各自的优缺点,建立了单线系统风筝数学模型,并用适当的假设定义风筝运动。通过风筝模型的仿真验证了该单线风筝模型能够有效通过航向角,方位角等参数对飞行路径进行控制。为采用不同控制方式的高空风力发电系统,风筝模型的选择及应用提供了参考。其次,介绍了单点质量风筝模型的建立。并基于该单点质量风筝模型,在考虑到所有主要系统组件:系绳,风筝和发电机动态特性的基础上,建立了一个包含飞行过程中转动惯性力的改进型单点质量模型,并对所建立的改进型风筝点质量模型中的变量约...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的风力涡轮机（左）和拖曳模式的高空风力发电系统（右）
图 1.2 采用风筝电连接的 AWES机可以根据各自不同的属性进行分类：例如根据飞行式或非侧风模式、根据能量转换过程是否在地面进行风力发电系统、根据翅膀类型分为柔性翼或刚性翼或低海拔等，这些属性也可相互组合[4]。AWE 根据飞侧风模式，侧风模式即要求飞行器按照给定轨迹在与风模式即飞行器像风筝一样停留在空中[5]。统国内外研究现状飞行器，即飞行器通过一根或多根系留缆绳与地面能转化成电能，旨在捕获高空中的风能，从而产生行性，主要是两个原因：首先，高空中的风力更稳更持久，且高空风力不受区域限制全球范围内有更传统风力发电机轻几个数量级[6]。这也是世界各地于该技术研究和开发的主要原因之一。图 1.3 是高空
图 1.3 高空风力发电项目机构的全球分布系留风筝技术是利用高海拔风能的一种潜在手段。在有效且实用的系统中，风筝需要以循环模式飞行以最大化每个循环周期产生的净功率，同时，必须控制系绳长度以确保系统不会消耗比产生更多的电能。由于风速和风向的间歇性以及不稳定性，控制风筝按照循环模式飞行是一个具有挑战性的问题，使用不同的数学模型来推导风筝控制方程时，风筝特征会随时间变化，这些变化既来自风速和风向的变化，也来自风筝可折叠的翼结构的变化。在设计控制器时以往的大多数研究都集中于采用经典 PID 控制，这些研究通过控制器将飞行分为几个阶段，每个阶段的控制器根据飞行顺序工作。在发生突然风的情况下，控制器相位的不连续性会非常强烈，还有一些模型将系统视为与两个控制系绳相连的风筝，但没有考虑到迎角的变化。这些假设并没有使风筝的动态控制更容易实现。一些研究假设该系统为三自由度模型，风筝为直线系绳末端的点质量，在建模中需要添加更多细节来完善系统，这也增加了系统的复杂性。以往的研究中风筝的空气动力学特性在所有风力条件下都被认为是固定的，这意味着在某些特殊风况下系统模型存在问题，随后系统辨识的概念开始出现，以便在飞行期间获得风筝参数的实时识别[7]。文献[8]中通过导出的动态模型和轨迹来开发非线性动态观测器，该方法需要完全状
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲁棒多目标优化问题的最优性和对偶性[J]. 周俊屹,郑霜. 重庆工商大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]风力发电及其控制技术新进展探究[J]. 喻挺. 智能城市. 2018(18)
[3]发达国家可再生能源发展机制比较[J]. 林卫斌,付亚楠. 开放导报. 2018(03)
[4]切风模式风力发电飞行器的进展与挑战[J]. 王若钦,严德,李柳青,万志强,李道春. 航空工程进展. 2018(02)
[5]基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究[J]. 刘皓明,唐俏俏,张占奎,李琰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[6]风力发电技术及其发展动向[J]. 林祖建. 电力与电工. 2010(02)
[7]模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制[J]. 郭鹏. 中国电机工程学报. 2010(08)
[8]风力发电及相关技术发展现状和趋势[J]. 魏伟. 电气技术. 2008(12)
本文编号：2924485
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统的风力涡轮机（左）和拖曳模式的高空风力发电系统（右）
图 1.2 采用风筝电连接的 AWES机可以根据各自不同的属性进行分类：例如根据飞行式或非侧风模式、根据能量转换过程是否在地面进行风力发电系统、根据翅膀类型分为柔性翼或刚性翼或低海拔等，这些属性也可相互组合[4]。AWE 根据飞侧风模式，侧风模式即要求飞行器按照给定轨迹在与风模式即飞行器像风筝一样停留在空中[5]。统国内外研究现状飞行器，即飞行器通过一根或多根系留缆绳与地面能转化成电能，旨在捕获高空中的风能，从而产生行性，主要是两个原因：首先，高空中的风力更稳更持久，且高空风力不受区域限制全球范围内有更传统风力发电机轻几个数量级[6]。这也是世界各地于该技术研究和开发的主要原因之一。图 1.3 是高空
图 1.3 高空风力发电项目机构的全球分布系留风筝技术是利用高海拔风能的一种潜在手段。在有效且实用的系统中，风筝需要以循环模式飞行以最大化每个循环周期产生的净功率，同时，必须控制系绳长度以确保系统不会消耗比产生更多的电能。由于风速和风向的间歇性以及不稳定性，控制风筝按照循环模式飞行是一个具有挑战性的问题，使用不同的数学模型来推导风筝控制方程时，风筝特征会随时间变化，这些变化既来自风速和风向的变化，也来自风筝可折叠的翼结构的变化。在设计控制器时以往的大多数研究都集中于采用经典 PID 控制，这些研究通过控制器将飞行分为几个阶段，每个阶段的控制器根据飞行顺序工作。在发生突然风的情况下，控制器相位的不连续性会非常强烈，还有一些模型将系统视为与两个控制系绳相连的风筝，但没有考虑到迎角的变化。这些假设并没有使风筝的动态控制更容易实现。一些研究假设该系统为三自由度模型，风筝为直线系绳末端的点质量，在建模中需要添加更多细节来完善系统，这也增加了系统的复杂性。以往的研究中风筝的空气动力学特性在所有风力条件下都被认为是固定的，这意味着在某些特殊风况下系统模型存在问题，随后系统辨识的概念开始出现，以便在飞行期间获得风筝参数的实时识别[7]。文献[8]中通过导出的动态模型和轨迹来开发非线性动态观测器，该方法需要完全状
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲁棒多目标优化问题的最优性和对偶性[J]. 周俊屹,郑霜. 重庆工商大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]风力发电及其控制技术新进展探究[J]. 喻挺. 智能城市. 2018(18)
[3]发达国家可再生能源发展机制比较[J]. 林卫斌,付亚楠. 开放导报. 2018(03)
[4]切风模式风力发电飞行器的进展与挑战[J]. 王若钦,严德,李柳青,万志强,李道春. 航空工程进展. 2018(02)
[5]基于方位角和载荷联合反馈的独立变桨距控制策略研究[J]. 刘皓明,唐俏俏,张占奎,李琰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[6]风力发电技术及其发展动向[J]. 林祖建. 电力与电工. 2010(02)
[7]模糊前馈与模糊PID结合的风力发电机组变桨距控制[J]. 郭鹏. 中国电机工程学报. 2010(08)
[8]风力发电及相关技术发展现状和趋势[J]. 魏伟. 电气技术. 2008(12)
本文编号：2924485
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