本文選題：風(fēng)力發(fā)電　切入點(diǎn)：最大風(fēng)能捕獲　出處：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：面對環(huán)境日益惡化、全國各地霧霾逐漸嚴(yán)重的現(xiàn)象,風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源必將在能源比重中的份額越來越大,成為發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一部分。我國目前雖然在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制方面取得了巨大的成果。但是目前我國所生產(chǎn)的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在著工作效率低,故障率高等問題,這多是由于機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單,控制方式單一,這就使得其無法很好地應(yīng)用于微電網(wǎng)與分布式發(fā)電中。因此,通過將先進(jìn)的、可靠的控制技術(shù)應(yīng)用到高性能的中小型智能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,對于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和穩(wěn)定性具有極大的實(shí)際意義。本文首先對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本理論進(jìn)行了介紹,探討了風(fēng)輪工作特性,針對風(fēng)電機(jī)組的各個組成部分進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,并完成了對20kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的線性化數(shù)學(xué)模型的建立。本文對機(jī)組的功率控制策略進(jìn)行了研究,著重分析了在額定風(fēng)速以下采用的最大風(fēng)能捕獲控制策略,確定了轉(zhuǎn)矩控制的總體方案,針對本次研制的20kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行建模與計算,根據(jù)傳統(tǒng)的最大功率跟蹤控制方法轉(zhuǎn)矩曲線法得到了相應(yīng)的最優(yōu)模態(tài)增益與最大功率跟蹤范圍,研究了一種基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩曲線法改進(jìn)的最大功率跟蹤控制策略。最后通過仿真對該最大功率跟蹤控制策略的可行性與優(yōu)越性進(jìn)行了驗(yàn)證。本文以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的適用性和穩(wěn)定性性為目標(biāo),針對20kW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)進(jìn)行研制,以西門子生產(chǎn)的PLC作為主控制器完成了對主控邏輯系統(tǒng)、HMI、變槳距控制器、偏航控制器等部分的設(shè)計與制造。為保證機(jī)組的正常運(yùn)行,在實(shí)驗(yàn)室完成了對硬件平臺的調(diào)試。最后通過對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,分析驗(yàn)證了機(jī)組的可靠性。同時對改進(jìn)的最大功率跟蹤控制策略下的功率輸出與理論值進(jìn)行對比分析,說明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以高效地進(jìn)行最大風(fēng)能捕獲,提高了機(jī)組的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。
[Abstract]:In the face of the worsening of the environment and the serious phenomenon of haze all over the country, wind power, as a clean energy, will become an indispensable part of the power generation system.At present, great achievements have been made in the research and development of wind turbine in China.However, at present, the small and medium-sized wind turbines produced in our country have some problems, such as low working efficiency and high failure rate. This is mostly due to the simple structure of the units and the single control mode.As a result, it can not be well applied to microgrid and distributed generation.Therefore, it is of great practical significance to improve the efficiency and stability of wind turbine generation by applying advanced and reliable control technology to high performance small and medium-sized intelligent wind turbine.In this paper, the basic theory of wind turbine is introduced, and the working characteristics of wind turbine are discussed. The mathematical model of each component of wind turbine is established, and the linearization mathematical model of 20kW wind turbine is established.In this paper, the power control strategy of the unit is studied, and the maximum wind capture control strategy under rated wind speed is emphatically analyzed, and the overall scheme of torque control is determined.According to the torque curve method of the traditional maximum power tracking control method, the optimal modal gain and the maximum power tracking range are obtained for the 20kW wind turbine generator developed in this paper.An improved maximum power tracking control strategy based on the optimal torque curve method is studied.Finally, the feasibility and superiority of the maximum power tracking control strategy are verified by simulation.In order to improve the applicability and stability of wind turbine, the main control system of 20kW permanent magnet direct drive wind turbine is developed in this paper.Taking PLC produced by Siemens as main controller, the design and manufacture of main control logic system (HMI), pitch controller and yaw controller are completed.In order to ensure the normal operation of the unit, the hardware platform was debugged in the laboratory.Finally, the reliability of the wind turbine is verified by the experimental test.At the same time, the power output under the improved maximum power tracking control strategy is compared with the theoretical value, which shows that the wind turbine can efficiently capture the maximum wind energy and improve the operation efficiency and stability of the unit.
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM315

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本文編號：1706901