风力磁悬浮偏航系统建模与控制

发布时间：2021-10-26 00:35

　　针对水平轴风力发电系统偏航装置存在多齿轮传动结构复杂、故障率高、偏航功耗大等问题,新能源研究所提出了风力磁悬浮偏航系统。风力磁悬浮偏航系统运行工况恶劣,机舱悬浮本质为多自由度电磁悬浮系统,机舱悬浮后偏航本质为弱阻尼、强干扰的盘式电机转速控制,如何抑制外界干扰实现机舱稳定悬浮,以及机舱悬浮下偏航是本文研究的关键。为此,本文从风力磁悬浮偏航系统模型构建、多自由度机舱悬浮以及超低速偏航控制等方面开展研究。首先分析风力磁悬浮偏航系统多自由度运行机制,给出了风力机舱所受倾覆力矩、偏航负载转矩以及轴向下压力数学模型,建立了含轴向、俯仰两自由度运动方程,鉴于气隙磁场能存在的轴径向磁场耦合,基于虚功法和含悬浮电流、偏航电流的气隙磁场能,给出了机舱两侧悬浮电磁力,综合考虑机舱两侧悬浮气隙、悬浮电流的差异以及外界干扰,构建机舱多自由度悬浮模型以及偏航运动模型,采用转子磁场定向将悬浮力与偏航转矩解耦,实现机舱悬浮与偏航过程的完全独立控制。针对风机机舱两自由度运动机制以及俯仰角度难以测量等问题,采用坐标变换将两自由度运动模型转化为机舱两点悬浮控制模型,提出了风机机舱的两点悬浮协同控制策略,包括两点协同式悬浮跟... 

【文章来源】：曲阜师范大学山东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水平轴风力机

第 1 章 绪论 课题研究背景及意义风力发电因其完全无污染、蕴含容量大等优点，已经引起了世界各国重视，特别是近环境污染的日益严重，风力发电已从补充能源提升至替代能源的战略地位，预计到0 年，风力发电对经济贡献率可升至全球总能源的 12%[1]。水平轴风力发电系统是风电的流行机型，但需依赖偏航装置驱动机舱正面迎风，但当前偏航装置一般采用多电机轮驱动的主动偏航装置（图 1-3），由于结构复杂使得维护费用居高不下[2]，据美国L 风机维护费用的调查研究表明：偏航维护费用占风机总维护费用的 20%以上[3]，同障率约占风机总故障的 1/5 以上[4]；特别是重达上吨的机舱偏航导致摩擦功耗较大，较大的齿轮间隙导致对风精度差，严重制约着风力发电系统安全可控运行。研究偏航小、对风精度高、结构简单、安装方便的新型偏航系统及其控制技术尤为重要。

偏航装置（图 1-3），由于结构复杂使得维护费用居高用的调查研究表明：偏航维护费用占风机总维护费用的总故障的 1/5 以上[4]；特别是重达上吨的机舱偏航导致摩隙导致对风精度差，严重制约着风力发电系统安全可控高、结构简单、安装方便的新型偏航系统及其控制技术1-1 水平轴风力机 图 1-2 水平轴风力发电系统齿轮

【参考文献】：
期刊论文
[1]大型风力发电机组偏航系统的概述[J]. 王润.  科技视界. 2015(34)
[2]大型风力发电机偏航系统控制策略研究现状及展望[J]. 沈小军,杜万里.  电工技术学报. 2015(10)
[3]基于dSPACE的光电稳瞄半实物仿真系统设计[J]. 胥青青,纪明,郭新胜,刘召庆,李红光,李超.  兵工自动化. 2013(11)
[4]采用磁通观测器的主动电磁轴承用功率放大器[J]. 周丹,祝长生.  中国电机工程学报. 2009(30)
[5]电磁永磁混合磁悬浮控制系统刚度的研究[J]. 刘同娟,杜玉梅,徐正国,徐绍辉,金能强.  电气传动. 2006(05)
[6]Design of Nonlinear Decoupling Controller for Double-electromagnet Suspension System[J]. LIU De-Sheng LI Jie ZHANG Kun (College of Mechatronics Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073).  自动化学报. 2006(03)
[7]磁悬浮系统的简单自适应控制[J]. 刘恒坤,常文森.  电光与控制. 2005(02)
[8]基于反馈线性化的EMS型磁浮列车非线性悬浮控制器设计[J]. 刘德生,李杰,张锟.  国防科技大学学报. 2005(02)
[9]基于H∞频域整形的微积分控制参数在磁悬浮轴承中的应用[J]. 刘淑琴,徐华,虞烈.  西安交通大学学报. 2001(06)
[10]磁悬浮列车系统的鲁棒控制分析[J]. 刘峰,龙志强,尹力明.  机车电传动. 1996(05)



本文编号：3458476