本文關(guān)鍵詞：大型變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的先進(jìn)控制技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：化石能源的大量使用在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也污染了世界范圍的生存環(huán)境。同時(shí),隨著化石能源的日益枯竭,尋求可再生的清潔能源成為各國(guó)的共識(shí)。風(fēng)能作為環(huán)境友好的規(guī)�；茉�,在近些年來(lái)快速發(fā)展,對(duì)于解決能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題具有重要意義。實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的大型變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要在湍流風(fēng)、低速風(fēng)、陣風(fēng)等不同環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。同時(shí),電網(wǎng)側(cè)也對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行提出了較高的要求。為了提高系統(tǒng)整體的性能和可靠性,先進(jìn)的控制技術(shù)已成為風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。大型風(fēng)電機(jī)組本身是非線性時(shí)變的大慣性系統(tǒng),實(shí)時(shí)快速地跟蹤轉(zhuǎn)速參考值的控制目標(biāo)受到機(jī)械部件響應(yīng)速度限制。同時(shí),湍流風(fēng)作為有著間歇時(shí)變特性的動(dòng)力源,受到風(fēng)切變效應(yīng)和塔影效應(yīng)等影響。風(fēng)速測(cè)量值存在延遲、不準(zhǔn)確且不可用于實(shí)時(shí)控制,難以預(yù)料的風(fēng)速突變給風(fēng)電系統(tǒng)帶來(lái)強(qiáng)力擾動(dòng)。另外,并網(wǎng)和室外運(yùn)行引發(fā)的不確定因素等難題都給風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。為了獲得高質(zhì)量的風(fēng)電產(chǎn)能,并且延長(zhǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)壽命,本文首先針對(duì)高風(fēng)速段發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率平穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行研究�？紤]到轉(zhuǎn)動(dòng)部分的大慣量特性,根據(jù)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際模型響應(yīng)能力設(shè)計(jì)參考模型的零極點(diǎn)位置表征對(duì)動(dòng)態(tài)特性的理想要求。在不依賴風(fēng)速測(cè)量和準(zhǔn)確空氣動(dòng)力學(xué)模型等先驗(yàn)知識(shí)的條件下,基于非仿射風(fēng)電機(jī)組模型設(shè)計(jì)了一種具有快速響應(yīng)能力的L1自適應(yīng)變槳距控制器。該方法針對(duì)不同風(fēng)電機(jī)組提出了具有普適性的控制器結(jié)構(gòu)形式,對(duì)風(fēng)電機(jī)組的各項(xiàng)物理參數(shù)不敏感,提高了湍流風(fēng)條件下的額定轉(zhuǎn)速跟蹤能力,從而降低了風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的載荷,提高了電能質(zhì)量。在L1自適應(yīng)變槳距控制器的基礎(chǔ)上,為了彌補(bǔ)單獨(dú)的變槳或者變速環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力限制,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了變槳變矩聯(lián)合控制策略。變槳變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)是多輸入多輸出強(qiáng)耦合系統(tǒng),本文采用滑模變結(jié)構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)解耦控制,降低風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部不確定性以及外部擾動(dòng)的敏感度,得到便于設(shè)計(jì)的變轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)和變槳距外環(huán)兩個(gè)控制回路。從而,進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)跟蹤能力,獲得了更好的穩(wěn)定電能輸出�？紤]風(fēng)電高滲透率條件下的電網(wǎng)場(chǎng)景,本文為風(fēng)電機(jī)組低風(fēng)速段的最大化風(fēng)能捕獲和風(fēng)電機(jī)組功率平衡發(fā)電兩種運(yùn)行狀態(tài)分別設(shè)計(jì)控制器。在間接轉(zhuǎn)速控制最大化風(fēng)能捕獲的基礎(chǔ)上,分析風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比的關(guān)系,基于最優(yōu)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法添加轉(zhuǎn)速偏差的PI控制環(huán)節(jié)改進(jìn)風(fēng)能利用率。之后,相對(duì)于低風(fēng)速段傳統(tǒng)的間接轉(zhuǎn)速功率調(diào)整策略,采取相同的參考轉(zhuǎn)速設(shè)定方法,將聯(lián)合控制應(yīng)用于功率調(diào)整,通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)的方式利用滑模變結(jié)構(gòu)控制作為轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)消除有功功率參考值與發(fā)電功率輸出之間的偏差,更準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)有功功率供需平衡。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 L_1自適應(yīng)控制 變槳變矩聯(lián)合控制 功率平穩(wěn) 功率平衡 GH Bladed
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM315;TP273
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 引言12-17
• 1.2 本文主要內(nèi)容安排17-20
• 2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型20-28
• 2.1 空氣動(dòng)力及傳動(dòng)鏈部分20-22
• 2.2 發(fā)電機(jī)部分22-24
• 2.3 傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組工作區(qū)間24-28
• 3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)28-56
• 3.1 引言28-30
• 3.2 L_1自適應(yīng)變槳距控制器30-40
• 3.2.1 非仿射系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為仿射線性時(shí)變系統(tǒng)31-37
• 3.2.2 狀態(tài)預(yù)測(cè)器37-39
• 3.2.3 實(shí)際模型的槳距角控制量39-40
• 3.2.4 控制器自適應(yīng)機(jī)制40
• 3.3 L_1自適應(yīng)控制器性能分析40-47
• 3.3.1 閉環(huán)參考系統(tǒng)40-41
• 3.3.2 跟蹤誤差信號(hào)41-44
• 3.3.3 瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能44-47
• 3.4 仿真驗(yàn)證47-54
• 3.4.1 仿真情形1：陣風(fēng)48-51
• 3.4.2 仿真情形2：湍流風(fēng)51-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳變矩聯(lián)合控制56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 問(wèn)題描述56-57
• 4.3 解耦過(guò)程57-59
• 4.4 變槳變矩聯(lián)合控制框架59-60
• 4.5 滑模變結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩控制60-63
• 4.6 L_1自適應(yīng)槳距角控制63-64
• 4.7 仿真研究64-68
• 4.8 本章小結(jié)68-70
• 5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大風(fēng)能捕獲及限功率控制70-88
• 5.1 引言70-72
• 5.2 問(wèn)題描述72-73
• 5.3 控制器結(jié)構(gòu)73-78
• 5.3.1 低風(fēng)速段,最大風(fēng)能捕獲73-75
• 5.3.2 低風(fēng)速段,單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功功率控制75-78
• 5.4 仿真結(jié)果78-85
• 5.4.1 低風(fēng)速段,最大風(fēng)能捕獲78-81
• 5.4.2 低風(fēng)速段,單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功功率控制81-85
• 5.5 本章小結(jié)85-88
• 6 總結(jié)與展望88-92
• 6.1 全文總結(jié)88-89
• 6.2 下一步的工作89-92
• 參考文獻(xiàn)92-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果及參與的項(xiàng)目98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：303161