發(fā)布時間：2021-07-24 19:16

　　風能作為一種可再生清潔能源,對世界能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展作出了巨大貢獻。與傳統(tǒng)機械齒輪風力發(fā)電機組相比,液壓蓄能式風力發(fā)電機組利用液壓蓄能系統(tǒng)來儲存風輪吸收的風能,消除風速隨機性和間歇性引起的輸出電能波動性變化對電網的沖擊。由于液壓蓄能系統(tǒng)直接安裝在高壓管路上,減小了風能儲存過程中的能量損失,提高了風能的利用率;同時多個液壓蓄能式風力發(fā)電機組可共用一套蓄能系統(tǒng),有效降低蓄能系統(tǒng)的制造成本。當蓄能系統(tǒng)釋放儲存的液壓能驅動液壓馬達旋轉帶動同步發(fā)電機發(fā)電時,馬達轉速的變化對輸出電能的頻率和質量有較大影響。由于馬達驅動同步發(fā)電機的負載實時變化,使得利用傳統(tǒng)PID控制時會出現(xiàn)馬達轉速超調量過大,輸出電能頻率無法滿足要求的問題。本文以液壓蓄能式風力發(fā)電機組中的液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)作為研究對象,使用模糊自適應PID對液壓馬達轉速進行控制,提高馬達恒轉速控制性能和輸出電能品質,為液壓蓄能風力發(fā)電技術的應用和推廣提供理論和技術參考。首先,介紹了液壓蓄能式風力發(fā)電機組的系統(tǒng)工作原理、機組的三種工作方式和具有的優(yōu)勢。在分析液壓蓄能器理想氣體方程、液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)流量連續(xù)性方程、液壓馬達和發(fā)電機力矩平衡方程以及同步... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

008~2018年全球風電累計裝機容量

基于模糊自適應PID的液壓蓄能發(fā)電系統(tǒng)馬達恒轉速控制研究2年全球風電累計裝機容量呈現(xiàn)逐年快速上升趨勢。在最近的2018年，全球范圍內的國家和地區(qū)，風電市場總裝機容量已高達591GW，其中包含陸上風電項目累計裝機容量為568GW，在累計裝機量中的占比為96.11%。值得關注的是,全球風電市場累計裝機量在2008年至2018年這十年，年均復合增長率為17.19%。2018年的全球風電市場新增裝機容量與2017年相比，超過了51.29GW，中國在眾多國家中仍居首位，裝機容量為21.14GW，占全球新增裝機容量的41.22%，中國海上新增裝機占總體比例為7.81%。2008年至2018年，中國風電市場新增裝機容量年均復合增長率約為13.14%，累計裝機容量年均復合增長率約為33.11%[2]。圖1.12008~2018年全球風電累計裝機容量圖1.22008~2018中國風電市場累計與新增裝機總容量在自然界各種清潔能源中，由于風能豐富的資源且容易捕獲，并且作為一種可再生且不會枯竭的清潔資源，盡可能將風能開發(fā)利用，其轉化的能量特別是電能將能夠有效滿足人們的需求。風能作為一種可再生清潔能源，其能源轉化過程基本不需要化石燃料的使用，不會危害到自然環(huán)境的發(fā)展和人類的生存，具有極其明顯的環(huán)境效益和很高的經濟社會效益。在人類社會高度發(fā)展的今天，不管是太陽能發(fā)電、核能發(fā)電還是生物質能發(fā)電，這些發(fā)電方法對環(huán)境的要求較高并且建造發(fā)電廠的周期相對較長，與這些發(fā)電方法相比，利用風能發(fā)電將具有很大的市場優(yōu)勢和經濟競爭力[6]。但是，由于風能本身的隨機性、波動性和間歇性，這就

工程碩士學位論文3使得風力發(fā)電這一過程的不可控隨機性高并且電能受風的影響較大。其次，自然界風能的產生會受到溫度、濕度、氣壓和海拔等各種自然環(huán)境因素的影響，這也導致了發(fā)電機輸入功率的不斷變化，這種隨機不穩(wěn)定的電功率注入中央電網，將對電網的穩(wěn)定運行和電能質量造成嚴重影響[7]。今天，世界各國風電技術的發(fā)展已基本成熟，但是采用機械齒輪傳動的風力發(fā)電機還存在如下問題[8-10]：1.整個傳動系統(tǒng)在機艙內，機艙重量大；2.齒輪箱本身的故障率高，并且齒輪箱放置在機艙內，導致維修不便；3.需要大功率變流器或軟啟動器；4.運行維護成本較高；5.輸出電能受風隨機性、波動性影響較大。鑒于上述風能隨機性、波動性和間歇性以及傳統(tǒng)機械齒輪風力發(fā)電機存在的問題，并且考慮到液壓傳動系統(tǒng)具有調速簡單、功率質量比大、便于蓄能和可靠性高等突出優(yōu)勢，世界各國相繼對液壓風力發(fā)電機組進行研究。1.3液壓風力發(fā)電技術的研究現(xiàn)狀液壓風力發(fā)電機組的基本原理如圖1.3所示，該型機組主要由風輪、液壓泵、液壓馬達和同步發(fā)電機組成，液壓泵和液壓馬達之間通過管道連接形成閉環(huán)液壓系統(tǒng)。在該型機組能量轉化過程中，風輪吸收風能，將風能轉化為機械能驅動同軸液壓泵旋轉；液壓馬達在液壓泵的驅動下旋轉將液壓能轉化為機械能；最后液壓馬達帶動同步發(fā)電機工作，最終完成風能—機械能—液壓能—機械能—電能的能量轉化。由液壓泵和液壓馬達組成的閉環(huán)液壓回路構成“液壓變速”，實現(xiàn)風輪轉速和發(fā)電機轉速之間的無極調速，確保發(fā)電機時刻工作在同步轉速。圖1.3液壓風力發(fā)電機組的基本原理

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于模糊PID控制算法的管廊通風系統(tǒng)設計[J]. 楊輝,嚴永鋒,陸榮秀.  控制工程. 2019(12)
[2]我國風能發(fā)電發(fā)展前景研究[J]. 李劍.  中國設備工程. 2019(14)
[3]國際可再生能源發(fā)展與全球能源治理變革[J]. 趙勇強.  宏觀經濟研究. 2017(04)
[4]變轉速輸入定量泵-恒轉速輸出變量馬達系統(tǒng)恒轉速控制方法研究[J]. 孔祥東,宋豫,艾超.  機械工程學報. 2016(08)
[5]液壓型風力發(fā)電機組恒轉速輸出補償控制[J]. 艾超,閆桂山,孔祥東,陳立娟.  中國機械工程. 2015(09)
[6]液壓型風力發(fā)電機組主傳動系統(tǒng)壓力控制特性研究[J]. 艾超,葉壯壯,孔祥東,廖利輝.  中國機械工程. 2015(06)
[7]液壓型風力發(fā)電機組最優(yōu)功率追蹤控制方法研究[J]. 艾超,孔祥東,閆桂山,廖利輝.  動力工程學報. 2015(02)
[8]皮囊式蓄能器工作參數在多變指數和溫度變化時的選擇與計算[J]. 裴然,沈敏儉,吳曉明.  液壓與氣動. 2014(12)
[9]專家PID控制在跳汰機排料系統(tǒng)的實現(xiàn)及仿真[J]. 張紅娟.  唐山學院學報. 2014(06)
[10]液壓型風力發(fā)電機組主傳動系統(tǒng)穩(wěn)速控制研究[J]. 艾超,孔祥東,陳文婷,廖利輝.  太陽能學報. 2014(09)

博士論文
[1]雙調節(jié)短期儲能液壓變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D]. 李富柱.江蘇大學 2015
[2]液壓型風力發(fā)電機組轉速控制和功率控制研究[D]. 艾超.燕山大學 2012

碩士論文
[1]基于DSP的同步發(fā)電機半實物實時仿真模型研究[D]. 徐可.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]液壓蓄能式風力發(fā)電機組恒轉速控制研究[D]. 王剛.蘭州理工大學 2018
[3]基于模糊滑模算法的PMSM無位置傳感器控制[D]. 方贏海.中國計量大學 2018
[4]基于能量液壓傳遞的風力機“變速恒頻”技術研究[D]. 韓利坤.浙江大學 2012
[5]船用同步發(fā)電機系統(tǒng)辨識與仿真研究[D]. 劉壯棟.哈爾濱工程大學 2011



本文編號：3301265