风力发电机组直流电机偏航控制系统研究
发布时间：2021-03-23 00:30
风力发电作为一种清洁能源,近年来得到了快速的发展。风电为国民经济提供了大量的清洁能源,但也给电网的安全稳定运行带来新挑战。受风力变化的不确定性影响,风电机组偏航控制系统工作性能较差,也对风电机组功率输出稳定性造成影响。现有风电机组偏航控制系统普遍存在着跟踪风向不及时、对风精度不高、偏航机构的频繁动作等问题。因此,论文从偏航系统驱动单元入手,对风电机组直流电机偏航控制系统展开研究,从而实现提高偏航系统控制精度以及机组有功功率输出平稳性,降低偏航机构的机械磨损、延长其使用寿命的目的。首先阐述了风力发电系统的组成、原理及结构,介绍了风电机组偏航系统工作原理,深入分析了影响偏航系统工作性能的主要因素,选用具有优良调节特性的直流电机作为偏航驱动元件;其次给出了偏航系统控制流程,建立了偏航位置检测元件、偏航控制器、直流电机及偏航驱动部分的数学模型;再次通过时域分析法与仿真计算对线性偏航控制系统进行分析研究,得出偏航控制系统的自然振荡频率及阻尼比影响的主要因素,比例增益系数Kp增大,阻尼比减小,自然频率变大,响应速度加快。微分增益系数Kd增大,系统动态响应平稳性提高;最后分别对考虑人工死区、偏航制动...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风力发电机舱结构示意图
堋Ｕ?Ｔ诵锌刂乒δ馨?ㄏ低车钠鸲?屯Ｖ埂?发电机连接电网、各种装置的润滑和冷却、无功补偿和系统故障监测。运行状态监测功能包括电压波动、频率偏差、风速波动、机构震动等。安全保护功能分为微机监测和控制及其他装置、各部分元件的自身监测功能。②电气控制的组成。电气控制主要包括成套低压柜、补偿装置、整流装置和系统转速控制装置。2.2偏航系统偏航系统主要功能，一是当风向发生变化时，使风轮快速平稳对准风向，将风能最大化的利用；二是当风力发电机组纽缆超过设定的保护阈值时，风力发电机组将自动解缆。图2-7风力发电偏航系统结构示意图Fig.2-7Schematicdiagramofwindpoweryawsystemstructure偏航系统
2风力发电机组偏航系统23图2-16风向传感器实物图Fig.2-16Physicalpictureofwinddirectionsensor风向标的重心点固定于垂直轴上。当气流流过时，风向边两端压力不一致时，使风向标随风转动，显示风向。金属风向标由风标、风轮、尾翼、动杆、主杆、底座等六部分组成。风向标通常安装在机舱顶部的两端,以检测风向和机舱中心线之间的偏离角度。(2)偏航控制器偏航控制系统包括PID控制器及被控制对象[47]，控制器计算给定值与系统实际输出值之间的误差，然后将误差的比例、微分线性相加，以形成控制量，从而实现对控制目标的控制。①比例环节：按比例反映控制系统的偏差信号e。当出现偏差时，控制器会立即产生减小偏差的控制效果。比例增益越小，调节速度越慢。比例增益越大，控制量越大，调整过程就越快，但是Kp值过高会导致调节过渡，甚至会使系统振荡。②积分环节：作用是降低静态误差对系统的影响，增加系统的控制精度，Ki越大，积分调节幅度越大，调节速度越快，反之亦然，Ki不能太大，否则会导致系统不稳定③微分环节：调节量与微分控制属于正比关系，可以反映偏差信号的发展动向，并在偏差信号的值变得太大以至于无法加快系统响应之前引入早期校正信号，减少调整时间。Kd越大，调节能力越强，但是如果Kd太大，可能会导致系统不稳定。(3)偏航驱动系统偏航驱动装置是偏航控制系统的的执行机构，偏航电机驱动机舱围绕着塔筒的轴线旋转。要求旋转时启动较平稳，且旋转匀速无振动。减速装置有两种方式，一种是利用行星减速器来完成，另一种是利用涡轮杆与行星减速器构成。偏航驱动系统包括直流电机、齿轮减速器、机舱。①偏航电机的选择风力发电机组的偏航系统自身具有大机械惯量小阻尼的特征，并且要求偏航电机平滑调速和较大的启动力
本文编号：3094776
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风力发电机舱结构示意图
堋Ｕ?Ｔ诵锌刂乒δ馨?ㄏ低车钠鸲?屯Ｖ埂?发电机连接电网、各种装置的润滑和冷却、无功补偿和系统故障监测。运行状态监测功能包括电压波动、频率偏差、风速波动、机构震动等。安全保护功能分为微机监测和控制及其他装置、各部分元件的自身监测功能。②电气控制的组成。电气控制主要包括成套低压柜、补偿装置、整流装置和系统转速控制装置。2.2偏航系统偏航系统主要功能，一是当风向发生变化时，使风轮快速平稳对准风向，将风能最大化的利用；二是当风力发电机组纽缆超过设定的保护阈值时，风力发电机组将自动解缆。图2-7风力发电偏航系统结构示意图Fig.2-7Schematicdiagramofwindpoweryawsystemstructure偏航系统
2风力发电机组偏航系统23图2-16风向传感器实物图Fig.2-16Physicalpictureofwinddirectionsensor风向标的重心点固定于垂直轴上。当气流流过时，风向边两端压力不一致时，使风向标随风转动，显示风向。金属风向标由风标、风轮、尾翼、动杆、主杆、底座等六部分组成。风向标通常安装在机舱顶部的两端,以检测风向和机舱中心线之间的偏离角度。(2)偏航控制器偏航控制系统包括PID控制器及被控制对象[47]，控制器计算给定值与系统实际输出值之间的误差，然后将误差的比例、微分线性相加，以形成控制量，从而实现对控制目标的控制。①比例环节：按比例反映控制系统的偏差信号e。当出现偏差时，控制器会立即产生减小偏差的控制效果。比例增益越小，调节速度越慢。比例增益越大，控制量越大，调整过程就越快，但是Kp值过高会导致调节过渡，甚至会使系统振荡。②积分环节：作用是降低静态误差对系统的影响，增加系统的控制精度，Ki越大，积分调节幅度越大，调节速度越快，反之亦然，Ki不能太大，否则会导致系统不稳定③微分环节：调节量与微分控制属于正比关系，可以反映偏差信号的发展动向，并在偏差信号的值变得太大以至于无法加快系统响应之前引入早期校正信号，减少调整时间。Kd越大，调节能力越强，但是如果Kd太大，可能会导致系统不稳定。(3)偏航驱动系统偏航驱动装置是偏航控制系统的的执行机构，偏航电机驱动机舱围绕着塔筒的轴线旋转。要求旋转时启动较平稳，且旋转匀速无振动。减速装置有两种方式，一种是利用行星减速器来完成，另一种是利用涡轮杆与行星减速器构成。偏航驱动系统包括直流电机、齿轮减速器、机舱。①偏航电机的选择风力发电机组的偏航系统自身具有大机械惯量小阻尼的特征，并且要求偏航电机平滑调速和较大的启动力
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