兆瓦级风力发电机组偏航系统设计研究与优化

发布时间：2020-04-14 13:27

【摘要】：随着社会经济的发展,风能作为一种绿色新型的可再生资源备受社会各界人士的青睐,在风能利用的过程中,偏航系统发挥着极其重要的作用,它具有很高的抗干扰能力和稳定性。本文以兆瓦级风力发电机组偏航控制系统为对象,针对偏航控制系统中最大风能获取的问题展开探讨,通过优化偏航控制系统来改进风电机组的使用效果。文章首先阐述了风电机组和偏航系统的工作原理及其具体的控制过程等基本理论,为最大程度地捕获风能,本文关于不同的风向变化范围设计了相应的控制策略并进行了优化设计。针对风向变化大于?15°的大范围变化情况,采用传统的风向标传感器控制策略,分别使用30s平均风向和1min平均风向的方法来提高风向标的测量数据精度。并设计出了风向标控制的偏航系统控制策略及具体控制流程,在此基础上搭建了风向标控制的偏航控制器的仿真模型,并进行了仿真验证,从优化的结果来看本文所采用的优化方法具有较好的效果。针对风向变化小于?15°的小范围变化情况,本文在功率控制的基础上引入了爬山算法,提出了基于爬山算法的偏航系统控制策略。设计出了爬山算法的功率控制过程和偏航控制的整体流程。在此基础上,本文分别对叶轮机械、变桨控制器和扭矩控制器等模型进行分析并建立了对应的仿真模型,进而搭建出了风电机组的整机控制系统,并联合建立了风电机组偏航控制系统的整机仿真模型。然后在MATLAB/Simulink仿真平台上对发电机功率做了仿真验证,按照爬山算法的搜索计算结果,可以看出本文引入的爬山算法具有一定的可行性和有效性。
【图文】：

进行分析和控制的。采取这样的方式一方面可以提高偏航系统的对风精度，弥补测量的实际误差，而另一方面，由于风向标测量的分辨率比较低，一般只有几度大小，风向标在小范围内的角度测量就失去了作用。那么，本文在分析研究的过程里也采用 30s 和 1min 平均风向的角度差为准进行的，，并且分别采用的符号为T _ 30s_avg和 T _1min_avg。采样周期记为 ，单次测得的风向值记为 V (n)，那么在 30s 和 1min 内的测量次数分别为 n _ 30s 30/T和 n _ 1min 60/T，那么就有：nsVnTsnsn_30()_30_avg_301 （3-1）_1m i n()_1m i n a_ v g_1m i n1nVnTnn （3-2）收集数据进行处理，可以得到控制器采集的风向角变化图如图 3-1 所示：

图 3-2 30s 内平均风向角变化图图 3-3 1min 内平均风向角变化图由上图可以看出，经过 30s 平均以后风向角大小变为 150°至 180°，经过1min 平均以后风向角大小变为 155°至 165°。由此可见，经过平均以后风向角的变化范围逐渐缩小了，即在一定程度上提高了对风的精度。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

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