无级调速风力发电系统的动力学建模与传动试验研究

发布时间：2017-08-23 07:02

  本文关键词：无级调速风力发电系统的动力学建模与传动试验研究

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【摘要】：风能作为一种清洁可再生能源,越来越受到人们的关注。风力发电是当前最普遍的风能利用形式,近年来风力发电所占电网总发电量的比例已明显增大,因此电网对风力发电系统的可靠性和并网等方面提出了较高的要求。在此背景下,本文基于功率汇流调速传动原理,围绕一种采用电动连续调速的无变频器并网型风力发电系统的传动设计问题,开展了原理性研究与试验。本文首先对无级调速风力发电系统的理论基础--功率汇流传动调速原理和实现机构进行了讨论。分析了2K-H型差动轮系的转速、转矩与功率分配和转向与功率流的关系。系统地研究了无级调速风力发电系统的传动系统的总体结构和机构学原理；分别构建风轮气动力特性模型、同步发电机模型和传动系统结构动力学模型,共同构成整个无级调速风力发电系统的统一机电动力学模型。结合无级调速风力发电系统的总体结构、机构学原理和动力学分析结果,在MATLAB/SIMULINK仿真平台下搭建该型风力发电系统的仿真模型。仿真结果表明在不同风速条件下,带有该传动系统的风力发电系统能够输出频率恒定,功率稳定的电能,验证传动调速方案的可行性。基于对无级调速风力发电系统的基本原理的研究,本文设计并制造传动原理试验台,介绍试验台的主要组成部件。运用三维造型软件Solidworks并结合有限元分析软件ANSYS/Workbench对核心CVT部件进行模态分析,证明传动原理试验台的低频稳定性。为保证伺服电动机精确转速控制,设计伺服电动机最优控制器和进行电动机扰动补偿,运用岭回归法估算调速系统转动惯量和阻尼系数。运用传动原理试验台进行物理仿真,变频电动机的阶梯变化的输入转速经过伺服电动机实时调速,与差动轮系输出轴相联的永磁同步发电机的转速基本恒定,曲线整体趋势可以验证传动调速方案的可行性。
【关键词】：无级调速 风力发电系统 动力学建模 岭回归分析 传动原理试验台
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 无变频器并网型发电机系统研究现状12-15
• 1.2.2 典型风力发电系统结构动力学研究现状15-17
• 1.3 课题主要研究内容17-19
• 1.3.1 研究目标与研究内容17
• 1.3.2 章节安排17-19
• 第2章 功率汇流调速传动的理论基础19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 功率汇流技术方案19-20
• 2.3 2K-H型差动轮系分析20-23
• 2.3.1 2K-H型差动轮系运动学分析20-21
• 2.3.2 2K-H型差动轮系转矩与功率分配分析21-22
• 2.3.3 2K-H型差动轮系功率流和转向关系分析22-23
• 2.4 差动轮系结构参数优化23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 无级调速风力发电系统的传动与分析26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 基本原理与机构学分析26-28
• 3.3 动力学分析28-36
• 3.3.1 风轮气动特性分析28-30
• 3.3.2 传动系统结构动力学分析30-34
• 3.3.3 同步发电机模型34-36
• 3.4 MATLAB/SIMULINK仿真36-43
• 3.4.1 SIMULINK简介36
• 3.4.2 SIMULINK仿真模型36-41
• 3.4.3 仿真结果分析41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 传动原理试验台设计与试验研究44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 试验台整体设计44-46
• 4.3 连续变速传动部件(CVT部件)设计与分析46-49
• 4.3.1 连续变速传动部件(CVT部件)的设计46-47
• 4.3.2 CVT部件模态分析47-49
• 4.4 基于岭回归的调速系统转动惯量与阻尼测量49-56
• 4.4.1 岭回归法基本原理49-50
• 4.4.2 测量方法简述50-51
• 4.4.3 测试试验与结果分析51-56
• 4.5 传动原理试验台验证56-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果66-67
• 致谢67

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本文编号：723612