潮流能叶轮最大功率跟踪液压控制技术研究

发布时间：2017-08-11 16:04

  本文关键词：潮流能叶轮最大功率跟踪液压控制技术研究

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【摘要】：潮流能是清洁的可再生能源，，研究潮流能对缓解能源危机和开发无人岛屿有重要的意义。本文为解决水平轴潮流能发电系统在低流速下叶轮能量捕获效率低的问题，运用最大功率跟踪控制理论及叶轮与变量泵传动轴力矩平衡方程，建立了变量泵反力矩参考值模型，设计了包含恒压控制子系统的间接速度控制的压力反馈加转矩控制的叶轮最大功率控制系统。该系统在未知潮流流速的情况下，用恒压控制子系统稳定液压传动系统的压力，以变量泵反力矩及液压传动系统压力为反馈值，在使用主控制器调节变量泵排量之前，先给变量泵排量调节装置以排量的初值。因此无论叶轮的转速如何变化，变量泵排量的初始值会使其按匹配的方式工作于需要的转矩附近。在此基础上，系统加入直接转矩闭环控制，再由主控制器给出变量泵排量的补偿值。最终，控制系统通过小范围的调节变量泵排量，使变量泵反力矩跟踪其目标值变化，从而使叶轮转速跟踪其目标转速变化，以保证叶轮以最佳叶尖速比运行，进而实现对叶轮的最大功率控制。整个系统的性能在Automation Studio软件中进行了仿真试验，并在此基础上搭建了叶轮捕获功率为8Kw的液压型水平轴潮流能发电机组的海上试验装置，进行了海上试验。仿真和海上试验结果显示，该控制系统工作稳定性好，仿真和海试时叶轮的捕获功率系数分别在0.35和0.33附近波动。叶轮的捕获功率系数相比不加控制，分别增加了约0.03和0.05，提高了叶轮捕获效率，验证了系统的有效性和可靠性。
【关键词】：潮流能 水平轴叶轮 液压传动 最大功率控制 海上试验
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P743;TH137
【目录】：

• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-18
• 1.1 研究的背景及意义11-12
• 1.1.1 背景11
• 1.1.2 意义11-12
• 1.2 潮流能叶轮能量捕获技术研究现状12-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 水平轴潮流能叶轮功率控制存在的技术问题16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第二章 潮流能叶轮基本理论研究18-25
• 2.1 叶轮来能计算18
• 2.2 叶轮能量转换理论18-20
• 2.3 叶轮特性20-22
• 2.3.1 叶轮叶尖速比20
• 2.3.2 叶轮推力系数和转矩系数20
• 2.3.3 叶轮捕获功率系数20-21
• 2.3.4 叶轮功率特性影响因素21-22
• 2.4 叶轮最大功率跟踪控制理论22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 潮流能叶轮最大功率跟踪控制方法研究25-31
• 3.1 潮流能叶轮的运行状态25-26
• 3.2 潮流能叶轮最大功率跟踪控制方法26-30
• 3.2.1 直接转速控制法26-27
• 3.2.2 功率信号反馈法27-28
• 3.2.3 爬山搜索法28-29
• 3.2.4 最佳转矩法29-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第四章 潮流能叶轮最大功率跟踪控制系统建立及仿真试验31-53
• 4.1 液压型潮流能发电机组结构31-32
• 4.2 潮流能叶轮最大功率跟踪控制系统建立32-34
• 4.3 系统主要数学模型建立34-43
• 4.3.1 潮流流速模型建立34-35
• 4.3.2 叶轮及传动轴模型建立35
• 4.3.3 液压传动系统模型建立35-40
• 4.3.4 变量泵反力矩参考值模型建立40
• 4.3.5 三相永磁同步发电机模型建立40-42
• 4.3.6 叶轮最大功率跟踪控制系统模型建立42-43
• 4.4 叶轮最大功率跟踪控制系统仿真试验43-52
• 4.4.1 系统主要仿真参数值计算43-48
• 4.4.2 叶轮最大功率跟踪控制系统仿真分析48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 潮流能叶轮最大功率跟踪控制系统海上试验研究53-68
• 5.1 样机试验条件53-62
• 5.1.1 叶轮和增速齿轮的设计53-54
• 5.1.2 液压系统设计54-57
• 5.1.3 电气控制系统设计57-62
• 5.2 试验支撑平台62-63
• 5.3 样机运行试验及分析63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 创新点68
• 6.3 展望68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国博士学位论文全文数据库 前3条

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本文编号：656986