光電檢測具有精度高、體積小、延時低等優(yōu)點,較傳統(tǒng)的傳感器檢測有較大優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域,具有較好的應(yīng)用前景。論文以風(fēng)力發(fā)電機組的功率及載荷控制為應(yīng)用背景,利用激光雷達(dá)風(fēng)速檢測方法與光纖光柵葉片載荷檢測方法對于風(fēng)機控制所需的狀態(tài)變量進(jìn)行檢測,并針對風(fēng)力發(fā)電機組的不同運行工作區(qū)設(shè)計最大功率跟蹤和獨立變槳載荷控制策略。本文首先論述了風(fēng)力發(fā)電機關(guān)于風(fēng)速、葉片載荷檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀。針對傳統(tǒng)檢測方法可靠性低、靈敏度低等問題,提出了基于激光雷達(dá)的風(fēng)速檢測方法以及光纖光柵的葉片載荷檢測方法。為了驗證激光雷達(dá)風(fēng)速的準(zhǔn)確性,通過風(fēng)機SCADA系統(tǒng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)得到較為可靠的估計風(fēng)速,并將估計風(fēng)速分別和風(fēng)速計測量的風(fēng)速、激光雷達(dá)測量的風(fēng)速進(jìn)行對比,驗證了激光雷達(dá)測量的風(fēng)速數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高。由于最大功率跟蹤控制需通過估計風(fēng)速計算風(fēng)機得到最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)矩參考值,所以直接利用激光雷達(dá)的風(fēng)速數(shù)據(jù)計算推導(dǎo)得到風(fēng)機最佳風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)矩參考值。針對光纖光柵在風(fēng)機葉片載荷的檢測過程中所存在的準(zhǔn)確性差、有噪聲干擾以及對溫度敏感等問題,設(shè)計基于高斯回歸算法的數(shù)據(jù)融合方法,該方法能夠從多個傳感器的采樣數(shù)據(jù)中提取出有效的測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行信息融合,進(jìn)而得到葉片載荷有效值,并通過實驗對比驗證該方法的可行性和有效性。針對不同運行工作區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計相應(yīng)的控制器。對低風(fēng)速區(qū)的控制目標(biāo)是實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的最大功率跟蹤,首先通過激光雷達(dá)風(fēng)速檢測和計算獲得了最佳轉(zhuǎn)矩給定值,然后并在傳統(tǒng)滑�？刂频幕A(chǔ)上設(shè)計超扭曲-最佳轉(zhuǎn)矩的最大功率跟蹤控制方法,仿真驗證了該方法具有更好的功率跟蹤性能、有效抑制頻繁的轉(zhuǎn)矩波動,減小機械疲勞;對高風(fēng)速區(qū)的控制目標(biāo)是抑制風(fēng)機葉片載荷,將光纖光柵測量的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行科爾曼變換后的葉根載荷信息作為獨立變槳控制的輸出測量值,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了LQG+積分獨立變槳控制器。為了補償風(fēng)速波動對風(fēng)機載荷的影響、進(jìn)一步提升系統(tǒng)的控制性能,設(shè)計了基于激光雷達(dá)風(fēng)速測量的前饋控制器,實驗結(jié)果分析表明采用上述設(shè)計方法能夠更好地抑制葉片載荷。
【學(xué)位單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

諸多優(yōu)點[29]。且激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)更為豐富，包括不同高度的水平、垂直風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，入流角等，較傳統(tǒng)的風(fēng)速儀有較大的優(yōu)勢。2.1.1 激光雷達(dá)風(fēng)速檢測的結(jié)構(gòu)激光雷達(dá)風(fēng)速檢測系統(tǒng)包括激光光源、聲光調(diào)制器、激光放大器、光學(xué)天線系統(tǒng)、光耦合器、光電探測器和信號處理模塊等[30]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示當(dāng)激光雷達(dá)進(jìn)行風(fēng)速檢測時，由激光光源模塊源發(fā)出兩路信號，一路信號經(jīng)過聲光調(diào)制(AOM)變成頻率為1f f的脈沖主振光，另一路為頻率為 f 的連續(xù)本振光。主振光經(jīng)過激光放大器由光學(xué)天線系統(tǒng)發(fā)射至大氣空間。因為在低空中大氣的氣溶膠粒子濃度較高，氣溶膠粒子與主振光相互作用發(fā)生散射，后向散射部分即為攜帶目標(biāo)運動信息，頻率為1f f f的回波信號。回波信號經(jīng)接收光學(xué)天線系統(tǒng)接收，與本振光在光耦合器內(nèi)耦合，并輸入到光電探測器進(jìn)行混頻。輸出頻率為1f f 的差頻信號，最后信號處理模塊根據(jù)回波信號頻率變化信息得到風(fēng)場風(fēng)速變化信息。

激光雷達(dá)測量風(fēng)速示意圖

圖 2-2 激光雷達(dá)測量風(fēng)速示意圖激光雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)由美國國家風(fēng)能技術(shù)研究中心(NWTC)共享的 Avent 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲得。其中風(fēng)速計風(fēng)速由風(fēng)機的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系DA)獲得，如圖 2-3 所示。
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本文編號：2868597