潮流发电水轮机变桨距控制研究

发布时间：2023-02-14 17:09

　　能源是人类社会进步与发展的主要问题,人类对化石燃料的持续开采使得化石燃料已经濒临枯竭,而化石燃料的燃烧造成的环境问题也对人类社会发展造成了阻碍,能源问题和环境问题已经成为21世纪人类面对的最主要的问题。潮流能可再生、无污染、能量密度高等优点越来越受到各国的重视。由于潮流能具有随机性和不稳定性,因此对潮流发电水轮机控制技术的研究就非常的有现实意义。本文对25kW水轮机进行了变桨距控制研究。本文先从潮流发电水轮机的水动力学开始进行了研究,对变桨距控制的整个过程进行了分析,相比于定桨距系统,变桨距水轮机可以在低流速下保持最小桨距角实现功率的最大捕获,高流速下通过变桨来实现恒功率输出,减少了对系统的过载冲击。建立了变桨距控制系统的数学模型,为了满足潮流发电机的高流速下的恒功率控制,对额定工作点附近进行了线性化处理,实现了潮流发电变桨距系统的PID控制。针对潮流发电系统具有非线性,多变量的特性,本文提出了一种基于模糊控制的统一变桨距控制系统,通过人们经验设计了控制语句,在MATLAB/Simulink下进行了系统仿真。针对电气变桨控制方式,本文设计了一种基于直流无刷伺服电机的变桨距驱动系统设计,...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题主要背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 变桨距技术研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 潮流发电水轮机基础理论
    2.1 潮流能的基本理论
        2.1.1 潮流动能
        2.1.2 贝兹理论
        2.1.3 叶素理论
        2.1.4 叶轮相关参数
    2.2 水平轴潮流能水轮机变桨距原理及特点
        2.2.1 变桨距原理
        2.2.2 变桨距水轮机特点
    2.3 变桨载荷的计算
        2.3.1 桨叶的几何特性
        2.3.2 离心力产生的变桨力矩
        2.3.3 桨叶回转轴处摩擦力矩
        2.3.4 水动力产生的变桨力矩
        2.3.5 桨叶绕自身轴转动的惯性力矩
        2.3.6 变桨距系统的总负载力矩
    2.4 本章小结
第3章 潮流发电变桨距原理及建模
    3.1 变桨驱动方式
        3.1.1 液压变桨与电气变桨
        3.1.2 统一变桨与独立变桨
    3.2 潮流发电水轮机运行区域
    3.3 变桨距系统的建模
        3.3.1 水轮机模型
        3.3.2 机械传动系统模型
        3.3.3 异步发电机模型
        3.3.4 变桨距执行机构
    3.4 系统线性化
    3.5 本章小结
第4章 变桨距系统控制器的设计及仿真
    4.1 模糊控制器的设计
        4.1.1 输入清晰量的模糊化
        4.1.2 模糊控制规则库的建立
        4.1.3 变桨距控制系统输出的模糊判决
    4.2 变桨控制系统Simulink实现
        4.2.1 变桨距控制子系统的搭建
        4.2.2 变桨距控制系统仿真结果与分析
    4.3 本章小结
第5章 变桨距驱动系统设计
    5.1 伺服电机的选择
    5.2 直流无刷电机的基本结构和工作原理
        5.2.1 转子位置传感器
        5.2.2 电子换向开关线路
        5.2.3 直流无刷电机的运行原理
        5.2.4 直流无刷驱动方式
    5.3 伺服系统模型
        5.3.1 直流无刷电机动力学方程
        5.3.2 伺服系统典型模块
    5.4 三闭环伺服系统
        5.4.1 电流环的设计
        5.4.2 速度环设计
        5.4.3 位置环设计
    5.5 直流无刷伺服电机三闭环性能仿真分析
    5.6 仿真模型的搭建
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3742674