基于模糊自适应PID的液压蓄能发电系统马达恒转速控制研究
发布时间：2021-07-24 19:16
风能作为一种可再生清洁能源,对世界能源和环境可持续发展作出了巨大贡献。与传统机械齿轮风力发电机组相比,液压蓄能式风力发电机组利用液压蓄能系统来储存风轮吸收的风能,消除风速随机性和间歇性引起的输出电能波动性变化对电网的冲击。由于液压蓄能系统直接安装在高压管路上,减小了风能储存过程中的能量损失,提高了风能的利用率;同时多个液压蓄能式风力发电机组可共用一套蓄能系统,有效降低蓄能系统的制造成本。当蓄能系统释放储存的液压能驱动液压马达旋转带动同步发电机发电时,马达转速的变化对输出电能的频率和质量有较大影响。由于马达驱动同步发电机的负载实时变化,使得利用传统PID控制时会出现马达转速超调量过大,输出电能频率无法满足要求的问题。本文以液压蓄能式风力发电机组中的液压蓄能发电系统作为研究对象,使用模糊自适应PID对液压马达转速进行控制,提高马达恒转速控制性能和输出电能品质,为液压蓄能风力发电技术的应用和推广提供理论和技术参考。首先,介绍了液压蓄能式风力发电机组的系统工作原理、机组的三种工作方式和具有的优势。在分析液压蓄能器理想气体方程、液压蓄能发电系统流量连续性方程、液压马达和发电机力矩平衡方程以及同步...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008~2018年全球风电累计装机容量
基于模糊自适应PID的液压蓄能发电系统马达恒转速控制研究2年全球风电累计装机容量呈现逐年快速上升趋势。在最近的2018年，全球范围内的国家和地区，风电市场总装机容量已高达591GW，其中包含陆上风电项目累计装机容量为568GW，在累计装机量中的占比为96.11%。值得关注的是,全球风电市场累计装机量在2008年至2018年这十年，年均复合增长率为17.19%。2018年的全球风电市场新增装机容量与2017年相比，超过了51.29GW，中国在众多国家中仍居首位，装机容量为21.14GW，占全球新增装机容量的41.22%，中国海上新增装机占总体比例为7.81%。2008年至2018年，中国风电市场新增装机容量年均复合增长率约为13.14%，累计装机容量年均复合增长率约为33.11%[2]。图1.12008~2018年全球风电累计装机容量图1.22008~2018中国风电市场累计与新增装机总容量在自然界各种清洁能源中，由于风能丰富的资源且容易捕获，并且作为一种可再生且不会枯竭的清洁资源，尽可能将风能开发利用，其转化的能量特别是电能将能够有效满足人们的需求。风能作为一种可再生清洁能源，其能源转化过程基本不需要化石燃料的使用，不会危害到自然环境的发展和人类的生存，具有极其明显的环境效益和很高的经济社会效益。在人类社会高度发展的今天，不管是太阳能发电、核能发电还是生物质能发电，这些发电方法对环境的要求较高并且建造发电厂的周期相对较长，与这些发电方法相比，利用风能发电将具有很大的市场优势和经济竞争力[6]。但是，由于风能本身的随机性、波动性和间歇性，这就
工程硕士学位论文3使得风力发电这一过程的不可控随机性高并且电能受风的影响较大。其次，自然界风能的产生会受到温度、湿度、气压和海拔等各种自然环境因素的影响，这也导致了发电机输入功率的不断变化，这种随机不稳定的电功率注入中央电网，将对电网的稳定运行和电能质量造成严重影响[7]。今天，世界各国风电技术的发展已基本成熟，但是采用机械齿轮传动的风力发电机还存在如下问题[8-10]：1.整个传动系统在机舱内，机舱重量大；2.齿轮箱本身的故障率高，并且齿轮箱放置在机舱内，导致维修不便；3.需要大功率变流器或软启动器；4.运行维护成本较高；5.输出电能受风随机性、波动性影响较大。鉴于上述风能随机性、波动性和间歇性以及传统机械齿轮风力发电机存在的问题，并且考虑到液压传动系统具有调速简单、功率质量比大、便于蓄能和可靠性高等突出优势，世界各国相继对液压风力发电机组进行研究。1.3液压风力发电技术的研究现状液压风力发电机组的基本原理如图1.3所示，该型机组主要由风轮、液压泵、液压马达和同步发电机组成，液压泵和液压马达之间通过管道连接形成闭环液压系统。在该型机组能量转化过程中，风轮吸收风能，将风能转化为机械能驱动同轴液压泵旋转；液压马达在液压泵的驱动下旋转将液压能转化为机械能；最后液压马达带动同步发电机工作，最终完成风能—机械能—液压能—机械能—电能的能量转化。由液压泵和液压马达组成的闭环液压回路构成“液压变速”，实现风轮转速和发电机转速之间的无极调速，确保发电机时刻工作在同步转速。图1.3液压风力发电机组的基本原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制算法的管廊通风系统设计[J]. 杨辉,严永锋,陆荣秀. 控制工程. 2019(12)
[2]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[3]国际可再生能源发展与全球能源治理变革[J]. 赵勇强. 宏观经济研究. 2017(04)
[4]变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究[J]. 孔祥东,宋豫,艾超. 机械工程学报. 2016(08)
[5]液压型风力发电机组恒转速输出补偿控制[J]. 艾超,闫桂山,孔祥东,陈立娟. 中国机械工程. 2015(09)
[6]液压型风力发电机组主传动系统压力控制特性研究[J]. 艾超,叶壮壮,孔祥东,廖利辉. 中国机械工程. 2015(06)
[7]液压型风力发电机组最优功率追踪控制方法研究[J]. 艾超,孔祥东,闫桂山,廖利辉. 动力工程学报. 2015(02)
[8]皮囊式蓄能器工作参数在多变指数和温度变化时的选择与计算[J]. 裴然,沈敏俭,吴晓明. 液压与气动. 2014(12)
[9]专家PID控制在跳汰机排料系统的实现及仿真[J]. 张红娟. 唐山学院学报. 2014(06)
[10]液压型风力发电机组主传动系统稳速控制研究[J]. 艾超,孔祥东,陈文婷,廖利辉. 太阳能学报. 2014(09)
博士论文
[1]双调节短期储能液压变速恒频风力发电系统控制策略研究[D]. 李富柱.江苏大学 2015
[2]液压型风力发电机组转速控制和功率控制研究[D]. 艾超.燕山大学 2012
硕士论文
[1]基于DSP的同步发电机半实物实时仿真模型研究[D]. 徐可.哈尔滨工业大学 2019
[2]液压蓄能式风力发电机组恒转速控制研究[D]. 王刚.兰州理工大学 2018
[3]基于模糊滑模算法的PMSM无位置传感器控制[D]. 方赢海.中国计量大学 2018
[4]基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术研究[D]. 韩利坤.浙江大学 2012
[5]船用同步发电机系统辨识与仿真研究[D]. 刘壮栋.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3301265
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008~2018年全球风电累计装机容量
基于模糊自适应PID的液压蓄能发电系统马达恒转速控制研究2年全球风电累计装机容量呈现逐年快速上升趋势。在最近的2018年，全球范围内的国家和地区，风电市场总装机容量已高达591GW，其中包含陆上风电项目累计装机容量为568GW，在累计装机量中的占比为96.11%。值得关注的是,全球风电市场累计装机量在2008年至2018年这十年，年均复合增长率为17.19%。2018年的全球风电市场新增装机容量与2017年相比，超过了51.29GW，中国在众多国家中仍居首位，装机容量为21.14GW，占全球新增装机容量的41.22%，中国海上新增装机占总体比例为7.81%。2008年至2018年，中国风电市场新增装机容量年均复合增长率约为13.14%，累计装机容量年均复合增长率约为33.11%[2]。图1.12008~2018年全球风电累计装机容量图1.22008~2018中国风电市场累计与新增装机总容量在自然界各种清洁能源中，由于风能丰富的资源且容易捕获，并且作为一种可再生且不会枯竭的清洁资源，尽可能将风能开发利用，其转化的能量特别是电能将能够有效满足人们的需求。风能作为一种可再生清洁能源，其能源转化过程基本不需要化石燃料的使用，不会危害到自然环境的发展和人类的生存，具有极其明显的环境效益和很高的经济社会效益。在人类社会高度发展的今天，不管是太阳能发电、核能发电还是生物质能发电，这些发电方法对环境的要求较高并且建造发电厂的周期相对较长，与这些发电方法相比，利用风能发电将具有很大的市场优势和经济竞争力[6]。但是，由于风能本身的随机性、波动性和间歇性，这就
工程硕士学位论文3使得风力发电这一过程的不可控随机性高并且电能受风的影响较大。其次，自然界风能的产生会受到温度、湿度、气压和海拔等各种自然环境因素的影响，这也导致了发电机输入功率的不断变化，这种随机不稳定的电功率注入中央电网，将对电网的稳定运行和电能质量造成严重影响[7]。今天，世界各国风电技术的发展已基本成熟，但是采用机械齿轮传动的风力发电机还存在如下问题[8-10]：1.整个传动系统在机舱内，机舱重量大；2.齿轮箱本身的故障率高，并且齿轮箱放置在机舱内，导致维修不便；3.需要大功率变流器或软启动器；4.运行维护成本较高；5.输出电能受风随机性、波动性影响较大。鉴于上述风能随机性、波动性和间歇性以及传统机械齿轮风力发电机存在的问题，并且考虑到液压传动系统具有调速简单、功率质量比大、便于蓄能和可靠性高等突出优势，世界各国相继对液压风力发电机组进行研究。1.3液压风力发电技术的研究现状液压风力发电机组的基本原理如图1.3所示，该型机组主要由风轮、液压泵、液压马达和同步发电机组成，液压泵和液压马达之间通过管道连接形成闭环液压系统。在该型机组能量转化过程中，风轮吸收风能，将风能转化为机械能驱动同轴液压泵旋转；液压马达在液压泵的驱动下旋转将液压能转化为机械能；最后液压马达带动同步发电机工作，最终完成风能—机械能—液压能—机械能—电能的能量转化。由液压泵和液压马达组成的闭环液压回路构成“液压变速”，实现风轮转速和发电机转速之间的无极调速，确保发电机时刻工作在同步转速。图1.3液压风力发电机组的基本原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制算法的管廊通风系统设计[J]. 杨辉,严永锋,陆荣秀. 控制工程. 2019(12)
[2]我国风能发电发展前景研究[J]. 李剑. 中国设备工程. 2019(14)
[3]国际可再生能源发展与全球能源治理变革[J]. 赵勇强. 宏观经济研究. 2017(04)
[4]变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究[J]. 孔祥东,宋豫,艾超. 机械工程学报. 2016(08)
[5]液压型风力发电机组恒转速输出补偿控制[J]. 艾超,闫桂山,孔祥东,陈立娟. 中国机械工程. 2015(09)
[6]液压型风力发电机组主传动系统压力控制特性研究[J]. 艾超,叶壮壮,孔祥东,廖利辉. 中国机械工程. 2015(06)
[7]液压型风力发电机组最优功率追踪控制方法研究[J]. 艾超,孔祥东,闫桂山,廖利辉. 动力工程学报. 2015(02)
[8]皮囊式蓄能器工作参数在多变指数和温度变化时的选择与计算[J]. 裴然,沈敏俭,吴晓明. 液压与气动. 2014(12)
[9]专家PID控制在跳汰机排料系统的实现及仿真[J]. 张红娟. 唐山学院学报. 2014(06)
[10]液压型风力发电机组主传动系统稳速控制研究[J]. 艾超,孔祥东,陈文婷,廖利辉. 太阳能学报. 2014(09)
博士论文
[1]双调节短期储能液压变速恒频风力发电系统控制策略研究[D]. 李富柱.江苏大学 2015
[2]液压型风力发电机组转速控制和功率控制研究[D]. 艾超.燕山大学 2012
硕士论文
[1]基于DSP的同步发电机半实物实时仿真模型研究[D]. 徐可.哈尔滨工业大学 2019
[2]液压蓄能式风力发电机组恒转速控制研究[D]. 王刚.兰州理工大学 2018
[3]基于模糊滑模算法的PMSM无位置传感器控制[D]. 方赢海.中国计量大学 2018
[4]基于能量液压传递的风力机“变速恒频”技术研究[D]. 韩利坤.浙江大学 2012
[5]船用同步发电机系统辨识与仿真研究[D]. 刘壮栋.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3301265
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