【摘要】：風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展對于緩解能源危機(jī)、解決環(huán)境污染問題和促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用。傳統(tǒng)齒輪傳動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在齒輪箱故障率高、變流裝置價格昂貴和使用維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)。與齒輪傳動機(jī)組相比,直驅(qū)式永磁機(jī)組省略了增速齒輪箱,但是仍然需要龐大的變流裝置。液壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組取消了齒輪箱和變流裝置,具有功率密度高、便于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和系統(tǒng)剛度大等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究熱點(diǎn)。由于風(fēng)能具有隨機(jī)性、波動性和間歇性的特點(diǎn),大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)會給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大沖擊,降低電能質(zhì)量,成為制約風(fēng)電發(fā)展的瓶頸。為此,本文提出將大容量液壓蓄能系統(tǒng)引入液壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,用來消除風(fēng)能波動性對電網(wǎng)及電能質(zhì)量的不利影響,實(shí)現(xiàn)風(fēng)能高效蓄存利用和高品質(zhì)電能輸出,對新一代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有重要意義。本文針對600kW液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)和工藝要求,對液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體方案和液壓回路進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計。在分析液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作過程的基礎(chǔ)上,把整個液壓系統(tǒng)分成風(fēng)能-液壓能蓄存、液壓蓄能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電與蓄存三個基本液壓回路。推導(dǎo)了機(jī)組主要元件的數(shù)學(xué)模型,通過分析所建數(shù)學(xué)模型與AMESim元件庫的對應(yīng)關(guān)系,建立了三個基本液壓回路的AMESim仿真模型。針對風(fēng)能-液壓能蓄存基本回路的轉(zhuǎn)速控制,提出采用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速閉環(huán)和主液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速閉環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制方法,該方法解決了在風(fēng)速波動和蓄能壓力變化條件下風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、主液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和風(fēng)能蓄存的控制問題;研究揭示了風(fēng)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速階躍信號作用下風(fēng)輪葉尖速比、風(fēng)能利用系數(shù)、主液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速、蓄能流量等參數(shù)的變化規(guī)律。在液壓蓄能發(fā)電基本回路的轉(zhuǎn)速控制上,進(jìn)行了PID參數(shù)對馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制抗負(fù)載擾動能力影響規(guī)律的研究,實(shí)現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的精確控制。為了消除液壓系統(tǒng)時變非線性對系統(tǒng)控制性能的影響,提出將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID用于機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制。以液壓蓄能發(fā)電基本回路的馬達(dá)啟動過程為研究對象,利用建立的AMESim-MATLAB聯(lián)合仿真模型進(jìn)行了單神經(jīng)元PID控制仿真研究,仿真結(jié)果表明單神經(jīng)元PID控制具有較強(qiáng)的魯棒性與自適應(yīng)性。為了實(shí)現(xiàn)600kW液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大風(fēng)能吸收利用,針對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速控制的實(shí)現(xiàn)方法和影響風(fēng)輪風(fēng)能利用系數(shù)的主要因素,提出了基于最佳葉尖速比的最大功率跟蹤控制方法�；谛钅芷髯詣映�、放液特性,提出利用蓄能系統(tǒng)完成風(fēng)輪吸收功率和發(fā)電機(jī)輸出功率的解耦,實(shí)現(xiàn)兩者功率差的自動補(bǔ)償,并通過仿真驗證最大功率跟蹤控制方法和功率自動補(bǔ)償?shù)目尚行院陀行�。搭建�?00kW液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗平臺,提出了針對液壓風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪啟動方法和流程,成功完成了百千瓦級風(fēng)能-液壓能轉(zhuǎn)換的外場實(shí)驗。通過實(shí)驗驗證了所提的液壓風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪啟動方法和風(fēng)輪、發(fā)電液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制方法的合理性,為液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。
【圖文】：

：17ZD2GA010。 課題研究背景能源是人類社會賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，它的開發(fā)利用極大地推動了和人類社會的發(fā)展。煤炭、石油和天然氣等石化資源仍然是當(dāng)今社會的，占目前人類能源總消耗量的 95%以上[1]。截止 2017 年，全球探明石油.697 萬億桶，按照 2017 年石油的生產(chǎn)能力，這只能滿足全世界 50.2 年求。全球天然氣探明儲量為 193.5 萬億立方米，僅夠滿足全世界 52.6 年而全世界探明煤炭儲量也只能滿足世界各國使用 134 年[2]。隨著這些不源的大量消耗，全世界都將面臨能源短缺的危機(jī)。伴隨著石化資源消耗的急劇增加，環(huán)境污染問題也凸顯出來。據(jù)歐盟委機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，，使用石化資源平均發(fā)電每千瓦時就需要排放 696g 二氧的大量二氧化碳正是引起全球變暖和氣候異常的主要原因[3]。據(jù)資料顯 年中國因大量使用石化燃料引起全國部分城市的 PM2.5 指數(shù)急劇上升持續(xù)的嚴(yán)重霧霾天氣。自從 1973 年發(fā)生全球石油危機(jī)以來，世界各國都

600kW 液壓蓄能式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計與控制研究求能夠替代石油、煤炭和天然氣等石化燃料的新能源，于是人們把目光轉(zhuǎn)向、太陽能和海洋能等綠色可再生資源[5]。圖 1.1 表示的是 2017 年全世界可再源的裝機(jī)容量[6]。2018 年可再生能源全球現(xiàn)狀報告指出 2016 年可再生能源終總能源消費(fèi)的比例為 10.4%，2017 年底可再生能源發(fā)電量占全球電力生產(chǎn)的比重為 26.5%[6]。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2683256