风力发电变桨距控制系统的研究

发布时间：2017-08-09 00:29

  本文关键词：风力发电变桨距控制系统的研究

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【摘要】：世界经济在当下快速发展，人类对能源的需求与日俱增，可再生能源的开发和利用已扮演着不可或缺的角色。风能在所有新能源中发展前景最佳，因为它取之不尽、用之不竭，并且是无污染、可再生的绿色能源。很多国家已经把风力发电产业纳入了国家可持续发展战略。高效、可靠的风力发电技术已在世界能源领域开始普及。风力发电技术的关键技术之一—变桨距控制，可以充分利用风能，得到平稳的功率输出，因此深入研究风力发电变桨距控制技术，对于风能开发和风力发电产业发展具有十分重要的现实意义。 本文首先从风力发电的风能理论入手，分析贝兹理论、风力机性能指标，，了解变桨距控制原理和变桨距控制的两种方法，建立风力发电系统模型。由于风力发电系统具有强非线性、时变不确定性等特点，传统的PID控制器在风力发电变桨距控制中难以获得理想的控制效果；风有不稳定性、随机性的特点，很难建立精确的被控对象的数学模型，并且由于风切效应和塔影效应的影响，每个桨叶所受风速也不同。针对上述问题，在现有的技术基础上，设计基于云模型的变桨距控制器，且在统一变桨距控制基础上设计基于桨叶角权系数分配的独立变桨距控制系统。运用Matlab/Simulink软件和RT-LAB仿真实验平台进行建模仿真。仿真结果表明，基于云模型的独立变桨距控制不仅能够得到稳定的输出功率，并且响应速度快，有效抑制超调，在风速随机突变后也可以得到很好的控制。 在设计变桨距控制器的基础上，分析电动变桨距和液压变桨距各自特点，通过了解电动变桨距伺服控制的结构、原理及伺服电机的选择，设计电动变桨距伺服控制系统。首先基于TMS320F2812DSP的硬件设计包括主电路、驱动电路、检测电路、通信电路等电路的硬件设计；其次，运用比较新颖的软件设计方法，通过所设计的基于云模型的变桨距控制系统的Matlab/Simulink模型，运用Real Time Workshop直接生成代码，实现基于DSP的软件设计。
【关键词】：风力发电 变桨距控制 PID控制 云模型 RT-LAB 伺服控制
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614;TM921.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题的背景11-12
• 1.2 国内外风力发电发展现状12-13
• 1.2.1 国外风力发电发展现状12
• 1.2.2 国内风力发电发展现状12-13
• 1.3 国内外变桨距控制技术发展及研究现状13-15
• 1.3.1 传统控制策略13-14
• 1.3.2 改进控制策略14-15
• 1.4 课题研究的意义15
• 1.5 本文的主要研究工作15-17
• 第二章 风力发电机组变桨距控制理论概述17-25
• 2.1 风力发电中的风能理论17-22
• 2.1.1 风能计算17-18
• 2.1.2 贝兹极限理论18-19
• 2.1.3 风力机特性指标19-21
• 2.1.4 风速特性分析21-22
• 2.2 风力发电机组变桨距控制概述22-24
• 2.2.1 变桨距和定桨距控制方式比较22
• 2.2.2 桨距角调节原理22-23
• 2.2.3 变桨距控制的控制方法23-24
• （1）统一变桨距控制23-24
• （2）独立变桨距控制24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 变桨距控制系统的建模与仿真分析25-35
• 3.1 变桨距风力发电系统建模25-27
• 3.1.1 风能利用系数C p模型25-26
• 3.1.2 风轮模型26
• 3.1.3 发电机模型26
• 3.1.4 传动系统模型26-27
• 3.1.5 变桨距执行机构模型27
• 3.2 基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制系统设计27-28
• 3.3 变桨距控制系统仿真分析28-33
• 3.3.1 PID 控制器28-29
• 3.3.2 统一变桨距风力发电系统模型29-31
• 3.3.3 独立变桨距控制系统模型31-32
• 3.3.4 同种控制策略下的两种控制方式的仿真分析32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第四章 变桨距控制器的设计与仿真分析35-45
• 4.1 模糊 PID 控制器35-36
• 4.1.1 模糊控制35-36
• 4.1.2 模糊 PID 控制器36
• 4.2 基于云模型的控制器设计36-39
• 4.2.1 云模型36
• 4.2.2 基于云模型的模糊推理 PID 控制器36-39
• 4.3 仿真分析39-44
• 4.3.1 转速控制39-41
• 4.3.2 变桨距控制41-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 电动变桨距伺服控制系统的设计45-57
• 5.1 变桨距伺服控制的分类45-47
• 5.1.1 液压变桨距控制45
• 5.1.2 电动变桨距控制45-46
• 5.1.3 电动变桨距系统运行过程46-47
• 5.1.4 伺服电机的选择47
• 5.1.5 无刷直流电机 PWM 控制原理47
• 5.2 电动变桨距伺服控制系统的硬件设计47-53
• 5.2.1 设计方案47-48
• 5.2.2 DSP 最小系统48
• 5.2.3 主电路设计48-50
• 5.2.4 霍尔传感器信号整形电路50
• 5.2.5 转速检测电路50-51
• 5.2.6 相电流检测电路51-52
• 5.2.7 通信电路52-53
• 5.3 电动变桨距伺服控制系统软件设计53-55
• 5.3.1 DSP 软件开发环境53
• 5.3.2 系统的软件设计53-55
• 5.4 本章小结55-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 参考文献59-62
• 发表论文和科研情况说明62-63
• 致谢63-64

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本文编号：642756